汽車電子教學輔助裝置的開發(fā)

本實驗裝置是在飛思卡爾08單片機的基礎上，開發(fā)的一套集成0～5V直流電壓輸出、穩(wěn)壓直流電壓輸出、PWM輸出和不同頻率采集并用數(shù)碼管顯示相應數(shù)據(jù)的裝置。它在汽車電子技術教學中可代替現(xiàn)行的大多數(shù)實驗輔助設備，并能簡化實驗的操作步驟、降低實驗成本。

系統(tǒng)的硬件組成結構

本裝置的硬件主要是由飛思卡爾08單片機及簡單的外圍接口電路構成的。裝置的功能如圖1所示，被控對象以模擬信號或數(shù)字信號進入單片機，并且在單片機里實現(xiàn)信號的轉換，轉換成單片機可識別的數(shù)字信號，通過單片機的計算和軟件的編程，實現(xiàn)不同的模擬信號輸出、PWM輸出及頻率輸出。同時在數(shù)碼管上顯示相應的輸出量或輸入量的頻率、周期、占空比和直流電壓等。

圖1 教學輔助裝置功能示意圖

1 0～5V直流電壓可視輸出

MC68HC908GP32CP芯片內(nèi)部集成8路8位ADC，分別為PTB0～PTB7口，可實現(xiàn)A/D轉換的功能。本功能主要通過A/D信號的轉換，顯示并輸出可調(diào)的電壓值。如圖2所示，單片機的PTB_PTB4和PTB_PTB5接口接電位計的兩端，電位計要100K左右以保證其調(diào)節(jié)范圍，輸入直流電源（5V）經(jīng)過電位計調(diào)節(jié)成0～5V之間的不同電壓值作為模擬信號輸入到單片機中，進入單片機之后，首先經(jīng)過ADC把模擬信號轉換為單片機所能識別的數(shù)字信號，然后MCU對數(shù)字信號進行處理，并通過同步串口通信SPI接口與ZLG7289進行通信，驅動數(shù)碼管顯示當前電壓值，同時在此電路的PTB_PTB4和PTB_PTB5引出兩個接口，連接模擬輸出接口，就可以實現(xiàn)0～5V的模擬信號可視的輸出。在汽車電子的實驗中很多的外部設備都需要低于5V的電壓，所以0～5V直流電壓可視輸出可以很方便的給一些外設供電。

圖2 單片機A/D采集電路

2 PWM波的輸出以及占空比和周期的顯示

MC68HC908GP32CP的系統(tǒng)時鐘不僅可以由外部晶振輸入分頻得到，還可以由內(nèi)部鎖相環(huán)頻率合成器提供。鎖相環(huán)頻率合成器可以使用外部32kHz晶振，通過軟件編程得到最大8MHz的總線時鐘頻率。MC68HC908GP32CP還具有兩個定時器。定時器的核心是一個16位的計數(shù)器，該計數(shù)器的計數(shù)頻率由外部晶振時鐘或內(nèi)部鎖相環(huán)模塊得到的總線時鐘經(jīng)過預定的分頻因子分頻得到。從處理器的角度，真正的時間間隔被這個自由運行的定時計數(shù)所代替?？梢酝ㄟ^讀取計數(shù)器的讀數(shù)判斷經(jīng)過了多長時間。使用預置計數(shù)器功能可以得到精確的溢出時間，還可以在任何時候暫?；蚯宄嫈?shù)器的計數(shù)。通過定時器的溢出功能可以進行長時間的定時。所以定時器具有輸入捕捉測量頻率和PWM（脈沖寬度調(diào)制）脈沖的功能，PWM的輸出是利用定時器所在的每一個通道都可以設置為在溢出時自動翻轉電平。合理地使用這個特性，定時器通道就可以產(chǎn)生PWM波。預置計數(shù)寄存器的值將決定脈寬調(diào)制波的周期。當自由運行計數(shù)器的計數(shù)達到預置計數(shù)器的值時，該通道的輸出將自動翻轉，所以兩次溢出之間的時間就是脈寬調(diào)制波的周期，每一個通道的輸出比較寄存器的值將決定脈寬調(diào)制波的占空比。因為溢出控制電平的翻轉，首次翻轉為占空比所控制的脈寬，兩次翻轉為一個整周期。

因此，如果要實現(xiàn)可調(diào)占空比和周期的輸出，可以與A/D采集共用一套電路，在軟件編程中只要將采集到的A/D數(shù)據(jù)寄存器的值經(jīng)過計算之后賦給定時器預置寄存器和對應通道的輸出比較寄存器中，并通過計算得出相應的周期和占空比，再把數(shù)據(jù)通過SPI輸入ZLG7289中驅動數(shù)碼管顯示周期和占空比。這樣就實現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)電位計可視輸出不同周期和占空比的方波。PWM波的應用范圍很廣，在汽車電子中，噴油器噴射油量等的控制一般是由PWM控制的。

3 未知方波信號頻率的采集及顯示

輸入捕捉也是飛思卡爾08單片機定時器的一項功能，該功能用來監(jiān)測外部的事件和輸入信號。其測量頻率的范圍由系統(tǒng)時鐘及定時器的分頻因子決定。當外部事件發(fā)生或信號發(fā)生變化時，在指定的輸入捕捉引腳上發(fā)生一個指定的沿跳變(上升沿或下降沿)，定時器捕捉到特定的沿跳變后，把自由運行計數(shù)器當前的值鎖存到輸入捕捉寄存器。如果在輸入捕捉控制寄存器中設定允許輸入捕捉中斷，系統(tǒng)會產(chǎn)生一次輸入捕捉中斷，利用中斷處理軟件可以得到事件發(fā)生的時刻或信號發(fā)生變化的時刻。通過記錄輸入信號的跳變沿，用該軟件算出輸入信號的周期和占空比。因此，只需要MC68HC908GP32的一個通道以及MC68HC908GP32與顯示電路的連接即可。在實際運用中主要是測量傳感器采集的交替變化的信號，可以利用該功能測得信號變化的頻率范圍是1～40kHz。頻率信號主要是車速傳感器信號，現(xiàn)行大多數(shù)測量車速的傳感器的輸出信號都是轉換成TTL電平的方波信號后由單片機測量。

4 總體電路的硬件設計