1、天津工程师范学院 本科生毕业设计1Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 应用电子技术教育班级学号： 学生姓名： 指导教师： 年 月天津工程师范学院 本科生毕业设计2天津工程师范学院本科生毕业设计汽车实验台电路控制系统The automobile experiment set electric circuit control system专业班级： 学生姓名： 指导教师： 系 别：电子工程系年 月天津工程师范学院 本科生毕业设计3摘 要自汽车诞生以来，汽车维修业便一直伴随着汽车工业的发展而成长，汽车维修业已成为交通运输
2、业必不可少的服务性支柱与保障。尤其是近几十年来，随着国家经济水平的发展，高速公路建设发展迅猛，通车里程快速增长。道路状况的改善，使汽车的车速越来越快，与之关系密切的汽车维修业也随着汽车高科技化的发展，出现了一些新的面貌。汽车维修制度的改革和发展及汽车维修技术的变革，促使汽车维修人员培训的教学内容、教学手段、教学设备都应作出相应的改革。因为在现代汽车维修中，有故障的车辆先用检测诊断仪器或设备进行相应的检查，而后由维修技术人员基于自己的知识能力和经验，对检查结果进行综合分析后作出相应的诊断，接下来再由主修人员独立或指导辅修人员完成故障排除或修理任务，查找故障所占的时间达总维修时间的 70以上，因此
3、为了提高汽车维修人员素质和专业技能，以达到提高维修质量和效率的目的，所以开发设计了能进行故障模拟和故障分析诊断的实验台，用于汽车维修从业人员的培训。该实验台带有各种传感器工作时的Flash 动画演示，常见故障的维修视频，故障测试等功能教师在利用实验台进行授课时，各种故障现象充分的暴漏使学生更容易理解，记忆也更深刻，学习效率将大幅高。关键词：VB6.0；Atmega16L；TLC5618 D/A 转换芯片； Access 数据库天津工程师范学院 本科生毕业设计4ABSTRACTFrom the automobile birth, the car maintenance industry has
4、been accompany with the development but growth of the automobile industry, the car maintenance industry has become the service of the transportation industry essential to have to pay the pillar and guarantee. Particularly，in the last several decades, along with the development of national economic l
5、evel, the construction and development of expressway is swift and violent, the traffic mileage increases fast. The improvement of the road condition, The improvement of road state make speed of automobile more and more fast, the close relation of car maintenance industry also turns along with the au
6、tomobile high technology of development, appear some new features.The reform and development of the car maintenance system technical change, the content of course,teaching means,the teaching equipmentseses that urge car maintenance a personnel to train all should make a reform for correspond.Because
7、 in the modern car maintenance, the vehicle that has breakdown is using the examination diagnosis instrument or equipments carry on correspond first of check, and then from maintain a technical personnel according to own knowledge ability and experience, makes a diagnosis for correspond towards chec
8、king a result after carry on the comprehensive analysis, connect down again from major personnels independence or guide a minor a personnel completion to break down expel or fix mission, check to seek break down have of time reach 70% of total maintenance time above, so development the design can ca
9、rry on to break down imitate and break down to analyze diagnosis of experiment set, used for the training of the car maintenance employee, raise the car maintenance personnels character, thus attain exaltation maintain the purpose of the quality and efficiency.In addition teacher while making use of
10、 the experiment set to carry on a teaching, various break down phenomenon well of leak to make suddenly and violently the student comprehend more easily, remember also deeper, study an efficiency will significantly high.Key Words: VB6.0；Atmega16L ；TLC5618；Access- Database天津工程师范学院 本科生毕业设计5目 录1 引言 .12
11、 系统设计 .12.1 设计要求12.2 开发设计思路12.3 系统方框图 23 MSP430F149 单片机 33.1 MSP430F149 核心芯片简介 .33.2 MSP430 单片机的发展.43.3 MSP430 单片机的特点.53.4 MSP430 与 89C51 系列的比较.73.5 应使用的多种 MSP430.83.6 开发环境及程序下载83.7 MSP430F149 单片机的功能介绍 .93.7.1 MSP430F149 输入输出口 .93.7.2 定时器及数模转换.103.7.3 时钟模块.103.7.4 USART 通信模块 .103.7.5 比较器模块 .113.7.6
12、模数转换模块 .113.7.8 485 和 232 通讯模块 .143.8 MSP430F149 单片机控制部分原理图 154 控制部分介绍 .154.1 直流电机的控制部分.154.1.1 恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N.154.1.2 直流电机驱动电路原理.174.1.3 直流电机的 PWM 调速电路.184.1.4 控制直流电机程序设计流程.224.2 步进电机的控制部分.224.2.1 进电机的驱动电路原理.224.2.2 NE555 脉冲产生器电路 .234.2.3 控制步进电机的程序设计流程.264.3 继电器控制部分.264.3.1 继电器控制部分电路原理.265 VB
13、 软件设计 .275.1 VB6.0 软件的介绍 .275.2 功能介绍.295.3 上位机面板控制界面.29天津工程师范学院 本科生毕业设计65.4 上位机程序（附录 1）296 单片机程序设计 306.1 单片机的编程思想.306.2 单片机程序流程图.306.3 单片机程序（附录 2） .307 调试及结果 317.1 调试过程.317.2 结果.31结 论 .32参 考 文 献 .32附录 1：上位机程序 .33附录 2：单片机程序 .39附录 3：电源模块原理图 .54附录 4：单片机模块原理图 .55附录 5：直流驱动模块原理图 .56附录 6：步进电机驱动模块原理图 .57附录
14、7：继电器控制模块原理图 .58致 谢 591 引言随着我国汽车产业的迅猛发展，汽车的拥有量急剧增加，最新统计显示我国汽车保有量已超过 5300 万辆，汽车进入家庭也已成为一种时尚。21 世纪对汽车市场人才的需求将越来越大，特别是对掌握汽车新技术的应用维修人才的需要更为迫切，教育部、劳动和社会保障部等六部委联合公布的紧缺人才报告显示，目前国内汽车维修人才的需求量至少存在 80 万的缺口，汽车维修技术人员已成为我国四大紧缺的应用型人才之一。汽车维修技术人员的培养特别强调实践动手能力，而这就必须依靠充足的实践教学设备的支持，但是现有汽车电控类教学设施发展相对滞后，功能单一，更不具备多媒体功能，已无
15、法满足现代汽车人才培养的要求，为解决这种矛盾，急需增加一批技术含量高，与生产结合紧密的新技术设备。我校作为职业院校的领头羊，在汽车维修专业的建设上同样处于领先地位，利用我系的教学资源，天津工程师范学院 本科生毕业设计7开发研制的汽车类教学设备更具有代表性、更能体现出汽车的先进技术、更能贴近的实际使用需求。图 1-1 系统框图21 世纪对汽车维修从业人员无论在数量上还是质量上都提出了更高的要求，随着汽车电子技术在汽车维修中比重日益增大，开发出集电控发动机故障设置与排除、工作原理演示、实物动画演示、检测与分析、解码器、考核系统、微机控制教学研究系统等功能于一体的综合性多媒体实物动态教学研究实验台，
16、对于提高汽车维修技术人员在汽车新技术领域的技能，培养符合汽车新技术条件下的应用型人才。2 Atmega16L 单片机2.1 单片机的概述ATmega16 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高
17、至 10 倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点:16K 字节的系统内可编程 Flash(具有同时读写的能力，即 RWW)，512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM，32 个通用 I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的 JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行 USART，有起始条件检天津工程师范学院 本科生毕业设计8测器的通用串行接口，8 路 10 位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装)的 ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个 SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选
18、择的省电模式。 工作于空闲模式时 CPU 停止工作，而 USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；ADC 噪声抑制模式时终止 CPU 和除了异步定时器与 ADC 以外所有 I/O 模块的工作，以降低 ADC 转换时的开关噪声；Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展 Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内 ISP Flash 允许程序存储器通过 ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程
19、，也可以通过运行于 AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash 存储区(Application Flash Memory)。在更新应用 Flash 存储区时引导 Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了 RWW 操作。 通过将 8 位 RISC CPU与系统内可编程的 Flash 集成在一个芯片内，ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega16 具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言、编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。为了
20、获得最高的性能以及并行性，AVR采用了 Harvard 结构，具有独立的数据和程序总线。程序存储器里的指令通过一级流水线运行。CPU 在执行一条指令的同时读取下一条指令(在本文称为预取)。这个概念实现了指令的单时钟周期运行。程序存储器是可以在线编程的 FLASH。天津工程师范学院 本科生毕业设计9图 2-1 Atmega16L 单片机2.2 单片机的复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使 CPU 中的各个部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。ATmega16 有 5 个复位源：1.JTAG AVR 复位：复位寄存器为 1 时 MCU 复位。2.上电复位：电源电压低于上电复
21、位门限 VPOT 时，MCU 复位。3.看门狗复位：看门狗使能并且看门狗定时器溢出时复位发生。4.外部复位：引脚 RESET 上的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时 MCU 复位。5.掉电检测复位：掉电检测功能使能，且电源电压低于掉电检测电压时复位。ATmega16 单片机 5 个复位源中，最常用的是外部复位和看门狗复位电路。外部复位电路由外加于 RESET 引脚的低电平产生。当复位低电平持续时间大于最小脉冲宽度时即触发复位过程，即使此时并没有时钟信号在运行。当外加信号达到复位门限电压 VTOUT 延时周期开始。延时结束后 MCU 即启动。（见图 2-2）天津工程师范学院 本科生毕业设计10图
22、2-2 外部电路复位时序图图 2-3 外部电路复位原理图看门狗定时器由独立的 1 MHZ 片内振荡器驱动，看门狗定时器溢出时将产生持续时间为 1 个 CK 周期的复位脉冲。在脉冲的下降沿，延时定时器开始对 Tout 记数。这是 VCC 电平下的典型值。通过设置看门狗定时器的预分频器可以调节看门狗复位的时间间隔。看门狗复位指令 WDR 用来复位看门狗定时器。此外，禁止看门狗定时器或发生复位时定时器也被复位。复位时间有 8 个选项。如果没有及时复位定时器，天津工程师范学院 本科生毕业设计11一旦时间超过复位周期，ATmega16 就复位，并执行复位向量指向的程序。（见图 2-4） 图 2-4 看门
23、狗复位电路时序图2.3 单片机的晶振电路ATmega16 芯片有如下几种通过 Flash 熔丝位进行选择的时钟源。时钟输入到AVR 时钟发生器，再分配到相应的模块。表 21 熔丝配置模式器件时钟选项 CKSEL30外部晶体/陶瓷振荡器 1111 1010外部低频晶振 1001外部 RC 振荡器 1000 0101标定的内部 RC 振荡器 0100 0001外部时钟 0000晶体振荡电路：XTAL1 与 XTAL2 分别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输出，如图 2-5 所示，这个振荡器可以使用石英晶体，也可以使用陶瓷谐振器。熔丝位 CKOPT 用来选择这两种放大器模式的其中之一。当 CKO
24、PT 被编程时振荡器在输出引脚产生满幅度的振荡。这种模式适合于噪声环境，以及需要通过 XTAL2 驱动第二个时钟缓冲器的情况。而且这种模式的频率范围比较宽。当保持 CKOPT 为未编程天津工程师范学院 本科生毕业设计12状态时，振荡器的输出信号幅度比较小。其优点是大大降低了功耗，但是频率范围比较窄，而且不能驱动其他时钟缓冲器。对于谐振器，CKOPT 未编程时的最大频率为 8 MHz，CKOPT 编程时为 16 MHz。C1 和 C2 的数值要一样，不管使用的是晶体还是谐振器。最佳的数值与使用的晶体或谐振器有关，还与杂散电容和环境的电磁噪声有关。图 2-5 外部晶体振荡电路表 2-2 晶体振荡器
25、工作模式CKOPT CKSEL31 频率范围 (MHz) C1 和 C2 的推荐范围 (pF)1 101(1) 0.4 - 0.9 1 110 0.9 - 3.0 12 221 111 3.0 - 8.0 12 220 101, 110, 111 1.0 12 22注：此选项不适用于晶体，只能用于陶瓷谐振器。标定的片内 RC 振荡电路：标定的片内 RC 振荡器提供了固定的 1.0、2.0、4.0或 8.0 MHz 的时钟。这些频率都是 5V、25C 下的标称数值。这个时钟也可以作为系统时钟，只要对熔丝位 CKSEL 进行编程即可。择这个时钟(此时不能对 CKOPT 进行编程)之后就无需外部器件
26、了。复位时硬件将标定字节加载到 OSCCAL 寄存器，自动完成对 RC 振荡器的标定。在 5V，25C 和频率为 1.0 MHz 时，这种标定可以提供标称频率 1%的精度。当使用这个振荡器作为系统时钟时，看门狗仍然使用自己的看门狗定时器作为溢出复位的依据。天津工程师范学院 本科生毕业设计13标定的振荡器用来为访问 EEPROM 和 Flash 定时。有写 EEPROM 和 Flash 的操作时不要将频率标定到超过标称频率的 10%，否则写操作有可能失败。要注意振荡器只对 1.0、2.0、4.0 和 8.0MHz 这四种频率进行了标定，其他频率则无法保证。表 2-3 片内标定的 RC 振荡器工作
27、模式CKSEL30 标称频率(MHZ)0001 1.00010 2.00011 4.00100 8.0外部 RC 振荡：对于时间不敏感的应用可以使用（图 2-6）外部 RC 振荡器。频率可以通过 f=1/(3RC)进行粗略地估计。电容 C 至少要 22 PF。通过编程熔丝位CKOPT，用户可以使能 XTAL1 和 GND 之间的片内 36pF 电容，从而无需外部点燃。图 2-6 外部 RC 振荡2.4 单片机的程序下载程序存储器的更新以页的方式进行。在用临时页缓冲器存储的数据对一页存储器进行编程时，首先要将这一页擦除。SPM 指令以一次一个字的方式将数据写入临时页缓冲器。临时页缓冲器的写入可以
28、在页擦除命令之前完成，也可以在页擦除和页写操作之间完成。通过电脑上的下载软件将*.HEX 文件传输到（图 2-7 示）USB 下载线板上的 ATmega8 芯片里，程序代码在这里经过处理后从固定的 I/O 管脚中输出天津工程师范学院 本科生毕业设计14烧写到单片机的 Flash 存储器中。此外单片机一般采用 5V 以下的电源供电，USB 接口也采用 5V 电源，所以，该下载线还可以通过电脑向单片机提供工作电源。该下载线采用先进的 USB2.0 接口技术解决了笔记本不带并口的遗憾，还有它小巧精致，携带方便，下载程序速度快等优点得到了众多编程爱好者的青睐而被广泛的使用着。图 2-7 USB 下载线
29、实物图方案一：在页擦除前写缓冲器;方案二：在页擦除后写缓冲器.如果只需要改变页的一部分，则在页擦除之前必须将页中其他部分存储起来(如保存于临时页缓冲区中)，然后再写回 Flash。使用方案 1 时，Boot Loader 提供了一个有效的读-修改-写特性，允许用户软件首先读取页中的内容，然后对内容做必要的改变，接着把修改后的数据写回 Flash。如果使用方案 2，则无法读取旧数据，因为页已经被擦除了。临时页缓冲区可以随机寻址。保证在页擦除和页写操作中寻址相同的页是很关键的。我们现在用的是 AVR-Stdio4.0 软件平台进行编程然后生成目标代码*.HEX 文件。然后再通过 AVR-fight
30、er 下载软件将程序烧到单片机的 Flash 程序存储器中。天津工程师范学院 本科生毕业设计153 数模转换芯片 TLC56183.1 TLC5618 功能特性TLC561*系列转换器是美国 Texas Instrument 公司生产的串行可编程 DA 转换器，包括 TLC5615、TLC5617 和 TLC5618 三种。TLC5615 为 10 位单路 DA 转换器，TLC5617 为 10 位双路 DA 转换器，TLC5618 为 12 位双路 DA 转换器。它们均采用3 线串行方式输入，输出带有缓冲放大器，直接输出所转换的电压，采用 8 脚封装，单一 5V 电源工作，此外，还有可编程的
31、建立时间和软件断电、内部上电复位功能。高精度双通道 DA 转 换器 TLC5618 和微处理器之间采用串行接口，其接口电路和外围电路简单，占用口线少，加之它具有较高的性能价格比，因此，在微型控制器、智能仪表、控制面板和家用电器等领域中日益获得广泛的应用。 图 3-1 TLC5618 管脚图DIN(1 脚)为串行数据输入端 SCLK(2 脚)为串行时钟输入端；CS(3 脚)为芯片选择端，低电平有效，当 CS 为低电平时，允许 SCLK 将 DIN 数据输入内部移位寄存器，而 CS 的上升沿把数据送到 DAC 寄存器，CS 为高电平时，SCLK 禁止，为低电平；OUTA(4 脚)为 DACA 模拟
32、输出端，其输出电压极性与基准输入相同，其满度输出为基准电压输出的两倍，且小于(电源电压-0.4V)。AGND(5 脚)为模拟地；天津工程师范学院 本科生毕业设计16REFIN(6 脚)为基准电压输入端，其内部为一高阻(10MQ)的输入缓冲器，REFIN 的输入电压范围为 1 Vdd-11V，典型值为 2.048V；OUTB(7 脚)为 DACB 模拟输出，同 OUTA；Vdd(S 脚)为电源电压端，典型值为 5V，工作电流为 0.62.5mA，掉电方式时为 1A。上电时，内部电路将 DAC 寄存器的值复位到 0。另外，为提高精度，在 Vdd 与 AGND 之间应接 0.1uF 的滤波电容。=2
33、4096（3.1）注：D 为输入的二进制数；REFIN 为基准电压输入端3.2 TLC5618 芯片结构LC5618 的功能方框图如图 3-2 所示，TCL5618 主要由 16 位串行接收寄存器、12 位 DAC 锁存器 A、锁存器 B、权电阻网络 A、网络 B、输出缓冲放大器、基准源输入缓冲器、双缓冲锁存器、上电复位电路及控制逻辑电路等部分组成。16 位串行接收寄存器中接收的数据包括 12 位数据位和 4 位编程位。12 位数据位将根据编 程命令的不同而被写入锁存器 B 或双缓冲锁存器，而 4 位可编程位则用以实现包括上述功能在内的各种控制功能，数据的传送顺序及时序关系如图 3-3 所示，
34、而可编程位的功能如表 3-1 所示。天津工程师范学院 本科生毕业设计17图 3-2 TLC5618 功能方框图图 3-3 TLC5618 芯片的时序图表 3-1 TLC5618 芯片的指令图由表 3-1 可见，D15 和 D12 用于控制串行接口寄存器的数据向锁存器 A、锁存器可 编 程 位D15 D14 D13 D12器 件 功 能1 X X X 把串行接收寄存器的数据写入锁存器 A 并用双缓冲锁存器的数据更新锁存器 B0 X X 0 写锁存器 B 和双缓冲锁存器0 X X 1 仅写双缓冲锁存器X 1 X X 15US 建立时间X 0 X X 3US 建立时间X X 0 X 上电（Power
35、 up）操作X X 1 X 断电（Power down）操作天津工程师范学院 本科生毕业设计18B 或双缓冲锁存器传送，当 D15=l 时，实现串行接口寄存器向锁存器 A 和双缓冲锁存器向锁存器 B 之间的传送。这一功能可用于同时更新二个 DAC 的输出。而 D15=0，且 D12=0 时，串行接口寄存器数据同时向双缓冲寄存器和锁存器 B 传送。而锁存器 A 的内容不受影响，当 D15=0 而 D12=1 时，串行接口寄存器的数据仅向双缓冲寄存器传送，锁存器 A 和锁存器 B 均不受影响。通过利用双缓冲寄存器和上述功能，可容易实现在单次写操作之后使两个 DAC 输出同时改变。具体办法是先用“0
36、X01”命令将要送往 DACB 的数据送至双缓冲锁存器，然后用“1XOX”命令将要送往 DACA 的数据直接送至锁存器 A，同时将存于双缓冲寄存器的内容送往锁存器 B，从而实现二个 DAC 输出同时改变。D14 用于选择输出电压的建立时间，D14=1 时为15s，D14=0 时为 3s。而 D13I 用于实现软件断电操作，以减小芯片的功耗(1A)。3.3 TLC5618 的 C 语言程序void TLC5618(uchar nn)uchar i=0;uint dm;dm=js2*16;dm|=0x9000;/DAC_A 路 4 脚DDRA|=_BV(1)|_BV(2)|_BV(3)|_BV(4
37、)|_BV(5)|_BV(0);PORTA=0xff;for(i=0;iQBQCQH；下降沿移位寄存器数据不变。3. RCK(12 脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常将 RCK 置为低点平，当移位结束后，在 RCK 端产生一个正脉冲更新显示数据。4. /G(13 脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。天津工程师范学院 本科生毕业设计204.2 芯片结构图 4-1 74HC595 管脚结构图74HC595天津工程师范学院 本科生毕业设计21图 4-
38、2 74HC595 内部结构图天津工程师范学院 本科生毕业设计22表 4-1 74HC595 管脚定义图符 号 引 脚 描 述QAQH 15、 1- 7 并行数据输出GND 8 地QH 9 串行数据输出/SCLR 10 主复位（低电平）SCK 11 移位寄存器时钟输入RCK 12 存储寄存器时钟输入/G 13 输出使能端（低电平）SER 14 串行数据输入VCC 16 电源4.3 时序图图 4-3 74HC595 芯片时序图天津工程师范学院 本科生毕业设计234.4 74HC595 的 C 语言程序void send_74595_oneword(uint dat)uchar i=0;DDRB|
39、=_BV(0)|_BV(1)|_BV(2); SER_0;SCK_0;RCK_0;for(i=0;i16;i+)SCK_0;if(datelse SER_0;SCK_1;dat=dat1; RCK_1;asm(“nop“);RCK_0;天津工程师范学院 本科生毕业设计245 继电器驱动芯片 ULN20845.1 功能特性ULN2084 驱动芯片内部有八路驱动电路,每路都自带一个续流二极管,它可以有效地解决因为电感线圈而产生的反向电动势,有效地避免了反向电势对电路的影响，这款芯片采用+12电压驱动,初级采用数字信号控制，使用起来不仅方便而且电路稳定系数高。本系统采用串转并芯片 74HC595 对
40、 UIN2084 进行驱动，通过单片机发送相应的数据，其后面的继电器就会有相应的动作。5.2 ULN2084 的内部结构图图 5-1 ULN2804 内部结构图天津工程师范学院 本科生毕业设计256 单片机串口电路6.1 串口通信简介RS-232 已经成为 PC 机与通信工业中应用最广泛的串行通信接口之一，尽管近年来随着 USB 技术的成熟与发展，RS-232 串口的地位将逐步被 USB 接口协议取代，但是在工业控制与嵌入式系统中，RS-232 串口通信以其低廉的实现价格，较长的通信距离，优异的抗干扰能力，仍然占有十分大的应用比例。RS-232 是一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，
41、其采用了不平衡的传输方式，典型的 RS-232 信号在正负电平之间摆动，数据传输时，发送端驱动器的输出正电平范围在+5+15V 之间，负电平范围在-5-15V 之间，与 TTL 电平相对应时，逻辑 1 对应 RS-232 通信的负电平，逻辑 0 对应 RS-232 通信的正电平。MAX232 采用单 5V 供电，内部有两个电荷泵，通过充电电容的作用将+5V 电压转换为+10V 的电压，第一个电荷泵利用充电电容 C1 将+5V 电压加倍提升到+10V，第二个电荷泵利用充电电容 C2 和 C4 将+10V 电压变换为-10V 的电压，为 RS-232 通信提供工作电平。图 6-1 MAX232 芯
42、片内部结构图天津工程师范学院 本科生毕业设计26由于单片机采用的是 TTL 电平，而接 RS-232 通信的典型工作电平为+3+12V与-3-12V，是不能够直接和单片机进行连接的，否则有可能损害单片机，因此，要实现单片机和计算机之间的 RS-232 通信，就必须采用相应的接口芯片。MAX232 产品是由美国 Maxim 公司推出的一款兼容 RS-232 标准的芯片，该器件包含两个驱动器、两个接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平，该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成5TTL/CMOS 电平，每一个发送器
43、将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平，有从贴片到直插等不同的封装类型供选择。6.2 MAX232 电路连接图MAX232 产品是由美国 Maxim 公司推出的一款兼容 RS-232 标准的芯片，该器件包含两个驱动器、两个接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平，该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成 5-V TTL/CMOS 电平，每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平，有从贴片到直插等不同的封装类型供选择。MAX232 采用单 5V 供电
44、，内部有两个电荷泵，通过充电电容的作用将+5V 电压转换为+10V 的电压，第一个电荷泵利用充电电容 C1将+5V 电压加倍提升到+10V，第二个电荷泵利用充电电容 C2 和 C4 将+10V 电压变换为-10V 的电压，为 RS-232 通信提供工作电平。对于 MAX232 来说，推荐采用 1.0uF的充电电容 C1V62-345TOU7RIN890GDMAXuFJ图 6-2 MAX232 与电脑连接天津工程师范学院 本科生毕业设计276.3 实物串口连接线示意图图 6-3 MAX232 与电脑连接线接法9 针串口功能一览表：1. 载波检测 （DCD）2. 接收数据 （RXD）3. 发送数据
45、（TXD）4. 数据终端准备好 （DTR）5. 信号地 （GND）6. 数据准备好 （DSR）7. 发送请求 （RTS）8. 发送清除 （CTS）9. 振铃指示 （RI）数据连接线主要在设备中起桥梁的作用，使 PC 机与单片机，PC 机与 PC 机之间进行数据通信，串口间通信只要连接三条线就可以了.即接收数据线.发射数据线和信息地线.在某某时刻.对一台机来说是发送数据.对另一台机就是接收数据.所以接收数据线与发射数据线要换接. 具体连接方法如 6-3 图示。天津工程师范学院 本科生毕业设计287 系统抗干扰设计系统干扰来源分析：必要的防干扰措施对于任何一个复杂的电路系统都很重要，在本系统中也不
46、例外。在直流电源电路中由于单片机及一些存储器、接口电路等都是数字电路，所以在电源电路会产生峰值很大的尖峰电流，直接干扰单片机正常工作。为解决上述对系统不利的干扰，我们分别从硬件设计、软件编写、芯片选择等方面解决干扰问题，力求降低干扰。电路设计防干扰在电路板的布线中，电源与地、不同电位之间、都接有去耦电容。去藕电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面是旁路掉该器件的高频干扰。当信号线上产生信号突变时可将突变信号滤去。在驱动电路中，由单片机引出的信号电压只有 5V，很容易被驱动电路的 12V 电压所干扰且一旦 12V 电压被错误加载到单片机引
47、脚上，必然造成芯片烧坏的情况。为此在开发板上明确标注了 12V 和 5V 电源的引脚。在软件设计上我们采用数字滤波技术，主要就是对多次采样值进行平均后输出，提高测量精度，在硬件设计方面我们主要采用以下几种滤波方式：1.电容滤波：电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正
48、好可以用来承担滤波的任务。2.电感滤波：利用电感对交流阻抗大而对直流阻抗小的特点，可以用带铁芯的线圈做成滤波器。电磁滤波输出电压较低，相对输出电压波动小，随负载变化也很小，适用于负载电流较大的场合。3.复式滤波器：把电容按在负载并联支路，把电感或电阻接在串联支路，可以组成复式滤波器，达到更佳的滤波效果这种电路的形状很象字母 ，所以又叫 型滤波器。由电磁与电容组成的 LC 滤波器，其滤波效能很高，几乎没有直流电压损失，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合。但是，这种滤波器由于电感体积和重量大（高频时可减小），比较笨重，成本也较高，一般情况下使用得不多。此外还有电阻与电容组成的 RC 滤波器，这
49、种复式滤波器结构简单，能兼起降压、限流作用，滤波效能也较高，是最后用的一种滤波器。上述两种复式滤波器，由于接有电容，带负载能力都较差。天津工程师范学院 本科生毕业设计298 电路分析8.1 驱动电路分析由于该系统设置的故障点比较多，单片机仅有 32 个 I/O 口，因此经过长时间的方案论证和比较决定使用串行转并行的数据芯片，而且该芯片自带数据寄存器，其状态只有在下一个数据到来之后才会改变，这样也加强了系统的稳定性，其次为了观察方便我们还在每个小单元电路中加入了指示发光二极管，实时显示电路的状态。图 8-1 74HC595 与 UIN2084 的连接图8.2 模拟故障分析模拟电路由两个继电器、一个 D/A 转换芯片和一个普通的二极管组合而成。因为模拟故障电路不仅要产生模拟故障而且还要设置开路故障和短路故障。因此，模拟故障板采用了两个继电器组合的方法。当模拟故障产生时 D/A 芯片产生的电压会通过继电器送入到汽车的 CPU 中，使汽车产生出故障现象。二极管的作用主要是防止电压倒流，损坏器件。（如图 8-2
