Расчет и описание бортового компьютера автомобиля
Режим «отображения информации» для перехода в такой режим необходимо выключить зажигание, нажать на кнопку «Режим» и включить зажигание, удерживая
Расчет и описание бортового компьютера автомобиля
Другие дипломы по предмету
Содержание
1.1 Анализ технического задания
1.2 Описание схемы принципиальной бортового компьютера
1.3 Особенности микроконтроллера AT89C51ED2
2. Исследовательская часть
2.1 Обоснование выбора элементов
2.1.1 Обоснование выбора резисторов
2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов
2.1.3 Обоснование выбора транзисторов
2.1.4 Обоснование выбора диодов
2.1.5 Обоснование выбора микросхем
2.1.6 Обоснование выбора кварцевого резонатора
3. Расчетная часть
3.1 Расчет надежности
3.2 Расчет узкого места
3.3 Расчет транзисторного ключа VT7
4. Конструкторская часть
4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы бортового компьютера
4.2 Обоснование разработки печатной платы
4.3 Описание конструкции бортового компьютера
5. Технологическая часть
5.1 Технология изготовления печатных плат
5.2 Наладка и настройка бортового компьютера
6. Организационная часть
6.1 Организация рабочего места радиомонтажника
7. Экономическая часть
7.1 Расчет себестоимости бортового компьютера
8.1 Техника безопасности при работе радиомонтажника
Список использованных источников
Введение
В данном дипломном проекте я проанализирую технические параметры бортового компьютера. По схеме электрической принципиальной произведу обоснование выбора элементов по их электрическим параметрам: конденсаторов резисторов, микропроцессора, транзисторов, а также обосную разработку печатной платы и сборочного чертежа и следующие чертежи:
схему электрическую принципиальную;
структурную схему микроконтроллера AT89C51.
В дипломном проекте будут рассказаны следующие расчеты:
Расчет электронного ключа VT7;
Расчет узкого места;
Описанные ниже прибор – бортовой компьютер автомобиля – предназначен для отображения на табло в режиме реального времени параметров движения на маршруте, текущего времени и даты, характеристик и кодов неисправностей электронного блока управления исполнительными механизмами блока. Этот бортовой компьютер – очередной этап развития приборов, представленных в статьях А. Алехина «Диагностический прибор для автомобильного двигателя с контроллером «Bosch»
Бортовой компьютер имеет несколько режимов:
Режим «часы/календарь» на табло отображаются текущее время ЧЧ:ММ:СС, в центре поля дисплея крупным шрифтом, дата в формате ЧЧ-МЕСЯЦ-ГГГГ (ЧЧ-число, МЕСЯЦ-месяц, ГГГГ- год полностью)
Режим «маршрутный компьютер» данный режим накапливает и отображает в табло следующие параметры движения:
пройденное расстояние от начала маршрута (до 9999.999км, если больше то подсчет параметров автоматически останавливается);
время нахождения на маршруте (до 99ч 59м 59с, если значение больше, то режим автоматически останавливается);
текущая скорость движения автомобиля;
средняя скорость движения автомобиля;
общий расход топлива на маршруте (в литрах до 9999.999 литров, если значение больше, режим автоматически останавливает его подсчет);
средний расход топлива на маршруте (в литрах на 100км), при пройденном менее 1км пути, функция на табло не отображается;
мгновенный расход топлива (литрах в час).
Режим «Просмотр внутренних переменных блока управления» компьютер показывает в реальном времени текущее значение одной из следующих переменных:
идентификатор программного обеспечения блока управления;
положение дроссельной заслонки (в процентах);
температура охлаждающей жидкости (в градусах Цельсия);
частота вращения коленчатого вала (в минутах степени 1);
заданная частота вращения на холостом ходе (в минутах степени 1);
угол опережения зажигания (в угловых градусах);
скорость автомобиля (в километрах в час);
положения регулятора холостого хода (в числе шагов);
заданное положение регулятора холостого хода (в числе шагов);
напряжение бортовой сети (в вольтах);
коэффициент коррекции содержания СО (окиси углерода) для двигателя без датчика кислорода;
соотношение воздух/топливо для двигателя с датчиком кислорода;
коэффициент коррекции времени спрыска;
напряжение на датчике кислорода для двигателя с таким датчиком (в вольтах);
длительность импульса впрыска (в миллисекундах);
цикловой расход воздуха (в миллиграммах на такт);
массовый расход воздуха (в килограммах в час);
часовой расход топлива (в литрах в час);
путевой расход топлива (в литрах на 100км);
признак обнаружения детонации (да/нет);
признак блокировки топливоподачи (да/нет);
признак холостого хода (да/нет);
признак продувки адсорбера (да/нет);
признак работы в зоне регулирования по датчику кислорода (да/нет);
признак богатой смеси (да/нет);
признак мощностного обогащения (да/нет).
Режим «просмотр и стирание кодов неисправностей» компьютер считывает коды неисправностей и отображает на дисплее их число.
Режим «управление исполнительными механизмами блока управления» компьютер показывает текущее состояние одного из следующих исполнительных механизмов:
реле вентилятора системы охлаждения двигателя;
реле управления бензонасосом (если установлен двигатель);
клапана продувки адсорбера (если он есть в комплектации).
Режим «отображения информации» для перехода в такой режим необходимо выключить зажигание, нажать на кнопку «Режим» и включить зажигание, удерживая кнопку нажатой до появления на табло заставки «Информация о приборе». В этом режиме можно смотреть информацию о версии прибора, его авторах и т.д.
1. Общая часть
Анализ технического задания
Таблица 1.1.1 — Основные технические параметры бортового компьютера
Напряжение питания бортового компьютера (В)
Напряжение питания элементов схемы(В)
Ток потребления (мА)
Толщина печатной платы (мм)
Размер печатной платы (мм)
Размер поля отображения (пикс)
Цель дипломного проекта: Изучить схему электрическую принципиальную прибора, дать описание принципа действия, сделать расчеты:
расчет узкого места;
расчет транзисторного ключа VT7;
схема электрическая принципиальная;
структурная схема микроконтроллера AT89C51ED2;
1.2 Описание схемы принципиальной бортового компьютера
бортовой компьютер конденсатор резистор
Принципиальная схема микроконтроллера показана на рисунке 1 Основа прибора – микроконтроллер AT89C51ED2 (DD3) фирмы Atmel. Он представляет собой наиболее мощный вариант контроллера с ядром 8052 и имеет повышенное быстродействие максимальный объём памяти программ и обширный объём информационной памяти на кристалле, дополнительные периферийные узлы и многое другое. Применение этого микроконтроллера позволило использовать наработки предыдущих приборов, также выполненных на микроконтроллерах с таким ядром. Работу микроконтроллера тактирует встроенный генератор с кварцевым резонатором ZQ2. Тактовая частота равна 20МГц. Для перевода микроконтроллера в режим программирования необходимо подать низкий уровень на вход PSEN. Это реализуют подключением перемычки (джампера) Х2.1.
Рисунок 1.2.1 — Схема электрическая принципиальная
Для надежного запуска микроконтроллера после подачи напряжения питания и блокировки его работы при уменьшении этого напряжения ниже рабочего значения служит детектор понижения напряжения DA3, который удерживает на выходе высокий активный уровень при входном значении меньше 4.5В.
Пользователь управляет работой устройства с помощью четырёх кнопок SB1-SB4, подключенных к выходам PO4-PO7 микроконтроллера. При нажатии на кнопку на соответствующем входе порта формируется низкий уровень. Управляющая программа микроконтроллера периодически (с интервалом 100мс) сканирует порты и фиксирует изменения состояния кнопок.
Информация в предыдущих вариантах прибора отображалась на однострочном 16- символьном ЖК индикаторе. В силу малого числа знакомест и фиксированного шрифта она была малообъёмной (большинство сообщений представляли собой сокращения слов и аббревиатуры, не всегда понятные малоподготовленному пользователю). Поэтому в описанном компьютере было принято решение применить графический ЖКИ, практически никак не ограничивающий вида выводимой информации – все определяется программой. Реализовано два шрифта – крупный, с размерами символов 16 на 12 пикселей, и мелкий 8 на 6. Начертание символов обоих шрифтовых файлов. Кроме того, был создан ряд специальных символов (км/час, л/10 и т.п.).
В компьютере применен ЖКИ HG1 МТ12232А фирмы МЭЛТ с размерами поля отображения 122 на 32 пикселя. Информация в ЖКИ записывается по восьмиразрядной шине, подключенной к порту Р2 микроконтроллера. Контрастность изображения регулируют подстроечным резистором R34. Опыт эксплуатации предыдущих вариантов прибора показал, что необходимо предусмотреть возможность регулирования яркос
Источник статьи: http://www.studsell.com/view/209759/
Маршрутный компьютер-тестер для автомобилей — дипломная работа
|  Смотреть Скачать  Заказать |
1 Функциональные возможности МКТ
2 Выбор и обоснование схемы электрической структурной МКТ
3 Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной МКТ
3.1 Выбор элементной базы и разработка схемы электрической принципиальной МКТ
3.2 Описание принципа работы и настройка МКТ
4 Расчетная часть
4.1 Расчет потребляемой мощности МКТ
4.2 Расчет надежности МКТ
5 Конструкторская часть
5.1 Описание конструкции МКТ
5.2 Определение уровня унификации МКТ
6 Технологическая часть
6.1 Разработка техпроцесса сборки и монтажа МКТ
7 Организационно-экономическая часть
7.1 Оценка технического уровня МКТ
7.2 Расчёт затрат на техническую подготовку производства
7.3 Расчёт затрат на разработку и отладку программы
7.4 Расчёт себестоимости МКТ
7.5 Расчёт стоимости оборудования и капитальных затрат
7.6 Экономическая эффективность внедрения МКТ
8 Безопасность и экологичность
8.1 Анализ условий труда по факторам опасности и вредности, тяжести и напряжённости трудового процесса
8.2 Методы и средства улучшений условий труда и оптимизации трудового процесса
8.3 Электро и пожарная безопасность
8.4 Экологичность разрабатываемого устройства
9 Экспериментальная часть
9.1 Макетная сборка МКТ
9.2 Подсистема маршрутного компьютера-тестера
Список используемой литературы
Как-то незаметно к нам подкрался новый век — век информационных технологий. И кто бы мог подумать, ну хотя бы лет десять назад, что компьютеры займут такие основательные позиции в нашей жизни.
Компьютер сегодня перестал быть вещью самодостаточной, вызывающей восторг и удивление, это повседневный инструмент для решения широкого круга задач. Компьютер нашел место и дома, и на работе.
А чем автомобиль хуже? Тем более, что для многих автомобиль — и работа, а зачастую и второй дом. Да и вообще за последние несколько лет в продукции автомобильного производства заметно прибавилось электронной начинки, а автомобилисту все сложнее управляться с ней в одиночку.
Именно для желающих жить с комфортом везде и всегда, в том числе и в собственном автомобиле, для этого необходимы специальные устройства, которые способны заметно облегчить нелегкую жизнь автомобилиста. Называются такие устройства бортовыми или маршрутными компьютерами.
В настоящее время на автомобилях широко применяются электронные блоки управления (ЭБУ) двигателями типа Бош М1.5.4 (N), Январь-5.1.x., ВС5.1, Январь-7.2. Работу этих блоков невозможно проконтролировать без специальных приборов, которые всегда желательно иметь «под рукой». Однако даже простейшие из них довольно сложны и поэтому недешевы.
Кроме управления двигателем, вышеназванные ЭБУ, вырабатывают сигналы с датчиков скорости и расхода топлива, которые выведены в салон автомобиля на специальный разъем для подключения маршрутного компьютера. Маршрутный компьютер позволяет отобразить различные параметры: время в пути, время в движении, пройденный путь, общий расход топлива, расход топлива на холостом ходу, текущую скорость, а также широкий спектр величин, рассчитанных на их основе (средняя скорость пути, средняя скорость движения и т.д.).
Технически возможно, а экономически целесообразно объединить маршрутный компьютер и диагностический тестер в одно устройство.
Целью дипломного проекта является разработка маршрутного компьютера-тестера для автомобилей (МКТ), который устанавливается в салоне автомобиля на штатное место, предусмотренное для бортового компьютера.
1 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МКТ
Маршрутный компьютер является мозгом машины и у него можно спросить, что в машине не работает или не попадает в заданные пределы нормы. Хотя, конечно, это не полный анализ, который может произвести квалифицированный мастер, но все же большую часть о состоянии машины выяснить можно. Количество функций современного бортового компьютера измеряется десятками, а для некоторых моделей переваливает за сотню.
— отображает все доступные параметры системы
— управляет доступными исполнительными механизмами
— показывает неисправности с текстовой расшифровкой ошибок!
— сбрасывает вышеуказанные ошибки
— показывает идентификационные данные блока управления
— пройденное расстояние от начала маршрута (в метрах).
— время нахождения на маршруте (включенное зажигание).
— время нахождения в движении (скорость движения не равна нулю).
— текущая скорость движения автомобиля (в км/час).
— средняя скорость движения на маршруте (в км/час).
— общий расход топлива на маршруте (в литрах).
— средний расход топлива на маршруте (в литрах на 100 км).
— мгновенный расход топлива (в литрах в час).
— остаток топлива в баке
— пробег на остатке.
— время разгона в указанном диапазоне скоростей
Самое первое, на что способен бортовой компьютер, это отображать мгновенные параметры: текущее время, скорость автомобиля, обороты двигателя, температуру двигателя, температуру в салоне и температуру наружного воздуха, остаток топлива в баке, бортовое напряжение и т.д. Многие возразят, что большинство этих значений можно увидеть по показанию индикаторов на панели приборов, и окажутся не правы. Точность показаний штатных систем оставляет желать лучшего, а самое главное, не поддается коррекции.
Скажем, при установке колес большего диаметра скорость вашего автомобиля при тех же оборотах двигателя будет выше. Однако штатный спидометр ничего не знает о ваших новых колесах и будет отображать неверную информацию. В то время, как большинство бортовых компьютеров позволят внести коррективы в работу и сообщат вам об истинном значении скорости.
С бортовым компьютером становится доступной информация о текущем расходе топлива, среднем расходе на 100 км, расходе топлива за текущую поездку, времени поездки, пройденном пути. Некоторые бортовые компьютеры умеют не только отображать информацию о совершенной поездке, но и помогут запланировать новую. Например, сообщат время, необходимое для преодоления пути, рассчитают рекомендуемую скорость, сообщат о нужном количестве бензина или о количестве километров, которые удастся преодолеть на остатке топлива.
Контроль над ситуацией
Возможность увидеть на экране ряд параметров — это приятно. Однако важно не только увидеть, но и вовремя среагировать на нештатную ситуацию. Здесь крайне полезной окажется возможность бортового компьютера постоянно контролировать ряд параметров и при необходимости оперативно сигнализировать об их изменении.
При нарушении работы системы охлаждения или в просто очень жаркий день можно не заметить, что температура двигателя превысила норму, в этом случае есть большой риск «закипеть», что в конечном итоге обернется серьезными проблемами для автомобиля. Бортовой компьютер ни на секунду не потеряет контроль над ситуацией и немедленно предупредит вас о перегреве двигателя звуковым сигналом. Точно так же он проконтролирует и предупредит о превышении рекомендуемой скорости движения, о значении бортового напряжения, о необходимости очередного техобслуживания.
Существуют системы, сохраняющие работоспособность автомобиля даже в случае выхода из строя того или иного датчика, чтобы вы могли добраться до автосервиса или гаража и устранить неисправность. Стратегия состоит в том, что при возникновении неисправности в цепи какого-то датчика компьютер заменит сигнал этого датчика на постоянное значение, хранящееся в памяти (Fale Safe Mode — параметр по умолчанию).
При переходе в режим ограниченной управляемости двигатель продолжает работать, хотя и с меньшей эффективностью. Некоторые системы управления настолько «сообразительны», что водитель даже может не заметить, что продолжает ехать с неисправностью. Только горящая сигнальная лампочка говорит о том, что с двигателем не все в порядке, либо его параметры работы не соответствуют принятым нормам.
При неисправности особо важных датчиков, определяющих режим работы двигателя, его экономичность и экологичность, таких как датчик расхода воздуха или датчик давления в коллекторе, температурный датчик — компьютер может ограничить динамические характеристики двигателя. После устранения неисправности система возвращается к нормальному функционированию.
Сервисные функции и диагностика двигателя
Для владельцев автомобилей с инжекторными двигателями бортовой компьютер превращается в личного автомеханика, который перед каждой поездкой произведет диагностику двигателя и узлов автомобиля и сообщит о наличии неполадок и причинах, вызвавших их.
Как работает бортовой компьютер
Автомобильный компьютер является прямым родственником настольной персоналки и работают они по схожей схеме. Компьютер получает некоторые исходные данные, обрабатывает их по заданной программе и выводит на экран в форме, понятной любому пользователю.
В случае с персональным компьютером все достаточно ясно. Данные вводятся с клавиатуры, сканера или считываются с носителей информации, например, жесткого диска. Откуда же берет информацию бортовой автомобильный компьютер, и что она собой представляет? Все очень просто. Современный автомобиль кишит разного рода датчиками, актуаторами и блоками управления. Бортовой компьютер подключается в цепь датчиков, таких как уровень топлива, скорости, к цепи зажигания, к колодке диагностики, к датчику расхода топлива и другим системам. То есть вся информация, которой оперирует бортовой компьютер, была в автомобиле и до появления оного. Но увидеть мы могли лишь ее малую часть.
Здесь стопроцентная аналогия с обычным компьютером. В памяти автомобильного бортового компьютера заложена программа, которая обрабатывает полученные данные. Скажем, получив информацию с датчика уровня и датчика расхода топлива, компьютер дает возможность спрогнозировать пробег на остатке топлива. Так же и по ряду других параметров.
Самое главное, на что стоит обратить внимание при разработке компьютера, это возможность вносить поправки в полученные данные. Как уже говорилось, бортовой компьютер сам ничего не замеряет, всю информацию о процессах, происходящих с вашим автомобилем, он получает от штатных систем. Как правило, информация эта обладает большой погрешностью. Как следствие, все значения, вычисленные на основании неверных данных, будут иметь мало общего с действительностью.
Программа хорошего бортового компьютера позволяет подстроить показания по расходу топлива, расчету скорости, пробегу и т.д. Отсутствие данной функции не позволит получить достоверную информацию от вашего бортового компьютера.
Немаловажную роль играет способ отображения полученной и вычисленной информации. А это напрямую зависит от типа установленного дисплея.
Дисплей может быть цифровой, трех- или четырехразрядный. Для большей информативности этих дисплеев может быть два. Также встречаются модели с жидкокристаллическим дисплеем, похожие на те, что устанавливаются в мобильные телефоны. Бортовые компьютеры с этим типом дисплея наиболее удобны, однако цена их значительно выше.
2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРНОЙ МКТ
Алгоритм функционирования и особенности построения практически любого диагностического тестера начального уровня, работающего по протоколу KWP2000 и подключенного к К-линии, следующие:
1) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы. Количество кнопок управления не превышает 4 штуки и выбор режима работы, которое осуществляется с помощью меню.
2) Формируется запрос на ЭБУ, соответствующий заданному режиму работы. Виды запросов весьма многообразны, однако их содержание (за небольшим исключением, например запросов на изменение состояния исполнительных механизмов) постоянно.
3) Ожидается ответ от ЭБУ и осуществляется прием данных при его получении. Длина принимаемого сообщения не превышает 128 байт.
4) По истечении времени ожидания или завершении приема данных производится анализ сложившейся ситуации и в соответствии с ней возможна модификация заданного режима работы.
5) При необходимости обновляется информация на индикаторе с преобразованием полученных из ЭБУ данных. Информация для пользователя должна выводиться в удобной форме, т.е. в виде развернутых буквенно-цифровых сообщений и подсказок, что требует применения знакосинтезирующего индикатора как минимум с 1 строкой на 16 символов (лучше 2*20). Объем информации для отображения в развернутом виде очень большой, что влечет за собой увеличение памяти для ее хранения. Полученные из ЭБУ данные, в некоторых случаях, должны быть пересчитаны по несложной формуле (точность вычислений при этом может быть невелика) и преобразованы из двоичной формы в символьный формат.
6) Делается пауза, т.к. согласно протокола, запросы на ЭБУ должны выдаваться не раньше 100 мс по окончании предыдущего сеанса обмена, и все повторяется сначала.
Алгоритм функционирования и особенности построения маршрутного компьютера примерно следующие:
1) Постоянно производится подсчет времени, импульсов с датчиков расхода топлива и скорости, а также измерение длительности между импульсами с датчика скорости.
2) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы. Количество кнопок управления не превышает 4 штуки и выбор режима работы осуществляется с помощью меню.
3) Обновляется информация на индикаторе с преобразованием накопленных первичных данных. Информация для пользователя должна выводиться в удобной форме, т.е. в виде развернутых буквенно-цифровых сообщений и подсказок, что требует применения знакосинтезирующего индикатора как минимум с 1 строкой на 16 символов (лучше 2*20). Объем информации для отображения в развернутом виде очень большой, что влечет за собой увеличение памяти для ее хранения. Первичные данные должны быть пересчитаны по несложным формулам (точность вычислений при этом может быть невелика) и преобразованы из двоичной формы в символьный формат.
4) Делается пауза, т.к. исходя из психофизиологических особенностей человека частота обновления информации не должна превышать 10Гц, и все повторяется сначала.
Как видно из вышесказанного, между функционированием устройства в режиме тестера или маршрутного компьютера много общего, что позволяет совместно использовать аппаратные и программные ресурсы.
С точки зрения построения программы, учитывая большой объем текстовых сообщений, все их желательно вынести за пределы внутреннего сравнительно небольшого ПЗУ микроконтроллера. Т.к. между обновлениями информации существует большая пауза (не менее 100 мс), а количество одновременно отображаемых символов невелико, то эти данные могут быть размещены во внешнем ПЗУ с последовательной выборкой и извлекаться оттуда по мере необходимости. Развивая эту идею, можно вынести во внешнее ПЗУ сами запросы, описание формул для пересчета различных параметров, а также и весь сценарий работы с меню. Таким образом, в микроконтроллере остается программа-монитор, которая осуществляет:
· вывод на жидкокристаллический индикатор;
· передачу и прием данных из буфера по К-линии;
· формирование временных задержек;
· выдачу звуковых сигналов;
· считывание данных из внешнего ПЗУ, их интерпретацию и преобразование.
Такой подход и применен в предлагаемом устройстве, что позволяет легко наращивать и видоизменять набор контролируемых параметров, не затрагивая микроконтроллера.
Схема электрическая структурная представлена на чертеже АКВТ.230101.ДП00.10Э1.
Маршрутный компьютер-тестер состоит из следующих компонентов: микроконтроллер; интерфейс подключения к К-линии; пульт управления; дисплей; ПЗУ.
МКТ подключается к системе электрооборудования автомобиля в соответствии со схемой включения предусмотренной для бортового компьютера.
3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ МКТ
3.1 Выбор элементной базы и разработка схемы электрической принципиальной МКТ
Задание для дипломного проектирования предусматривает создание МКТ, представленного на схеме электрической структурной АКВТ.230101.ДП00.10Э1.
Для того, чтобы МКТ обеспечивал выполнение своих рабочих функций с необ-ходимыми параметрами, используются в качестве элементной базы инте-гральные микросхемы (ИМС) и дискретные элементы.
В настоящее время существуют несколько вариантов логик цифровых микросхем: транзисторно-транзисторная логика ТТЛ, металл-окисел-проводник МОП и эммиторно-связная логика ЭСЛ.
Отметим, что микросхемы МОП разрабатывали после внедрения в аппаратуру первых серий ТТЛ, поэтому во многом копировали их структуру. Большое распространение получили микросхемы КМОП — комплиментарные полевые транзисторы со структурой МОП. Микросхемы КМОП почти не потребляют электроэнергию от источника питания во время ожидания. При обработке сигналов ток потребления микросхем тем выше, чем выше быстродействие схемы.
Микросхемы ТТЛ также как и КМОП отвечают таким требованиям, как минимальное потребление энергии, но КМОП имеют наименьшие габариты и вес. Микросхемы логики КМОП целесообразно использовать в бортовых условиях работы.
ЭСЛ — это самая быстродействующая логика, но является самой спорной. Потребителей отпугивает очень большая рассеиваемая мощность.
Основным требованием к блоку является обеспечение минимального потребления электроэнергии, высокая надежность и минимальные габаритные размеры.
Маршрутный компьютер тестер рассчитан на бортовые условия эксплуатации, что следует учитывать при выборе элементной базы.
В качестве микроконтроллера выбираем микроконтроллер AT89S53, 8-ми разрядный микроконтроллер с Flash памятью объемом 12 Кбайт семейства AT89S.
Использование микроконтроллеров АТ89 позволяет получить более высокие результаты при создании микроконтроллерных систем в плане снижения энергопотребления (за счет полностью статической структуры) и сокращения аппаратных затрат.
AT89S53 наиболее подходит к разрабатываемому блоку и сочетает в себе все функции ранее разработанных МК семейства AT89S. Поддерживает пословную и постраничную запись, используемую при программировании, а так же и побайтную запись, что очень важно при программировании.
Микроконтроллеры серии АТ89, изготовлены по КМОП (CMOS) технологии.
Основные преимущества перед другими моделями:
1) Совместимость с ИС семейства MCS 51
2) 12 Кбайт внутрисистемно-программируемой загружаемой Flash памяти:
3) Последовательный SPI- совместимый интерфейс для загрузки программ
4) Ресурс: 1000 циклов записи/ стирания
5) Напряжение питания от 4 В до 6 В
6) Полностатический режим работы: от 0 Гц до 24 МГц
7) Трехуровневая защита программирования памяти
8) Встроенная 256 х 8 бит RAM
9) 32 программируемые линии I/O
10) Три 16 — ти разрядных таймера/ счетчика
11) 9 источников прерывания
12) Программируемый последовательный канал UART
13) Последовательный SPI — совместимый интерфейс
14) Экономичные режимы ожидания (Idle) и отключения (Power — down)
15) Пробуждение из режима отключения (Power Down) по прерыванию
16) Программируемый следящий таймер
17) Двойной указатель данных
18) Флаг отключения питания
AT89S53 представляет собой экономичный, высокопроизводительный, 8-ми разрядный CMOS микроконтроллер с, загружаемой, программируемой и стираемой ROM памятью объемом 12 Кбайт. Производится с применением технологии энергонезависимой памяти с высокой плотностью размещения, разработанной корпорацией Atmel, и имеет совместимость с, широко используемым, стандартным набором инструкций, и расположением выводов стандарта 80С51. Наличие встроенной Flash памяти с поддержкой функции загрузки позволяет производить внутрисистемное перепрограммирование программного кода посредством последовательного SPI — интерфейса, или с помощью стандартного программатора энергонезависимой памяти. Благодаря объединению универсального, 8-ми разрядного CPU и загружаемой Flash памяти на одном кристалле, микроконтроллер Atmel AT89S53 имеет высокую производительность, гибкость в применении, и конкурентоспособную себестоимость для широкого спектра встраиваемых систем управления.
Загружаемая Flash память имеет возможность изменения одного байта за раз, а обращение к ней производится посредством последовательного SPI интерфейса. Удержание активного уровня сигнала инициализации RESET принудительно переводит шину SPI в режим последовательного программирующего интерфейса и обеспечивает возможность записи, или чтения программной памяти, в случае, если бит 2 блокировки (Lock bit 2) не был активирован.
Рисунок 3.1 — Конфигурация выводов
Выбираем тип корпуса TQFP.
Рисунок 3.2 — Парамерты корпуса TQFP
Более подробная информация о микросхеме находиться в Datasheets производителя.
Задание для дипломного проектирования предусматривает использование ПЗУ для хранения констант заведомо известных показаний. Для хранения заведомо известных показаний потребуется память не менее 64кб.
В качестве ПЗУ выбираем память AT24C64, 65536 битная серийная электрически стираемая и программируемая память только для чтения (EEPROM), организованная как 8192 слова по 8 бит каждое той же фирмы производителя, что и микроконтроллер, производства компании Atmel.
Выбираем тип корпуса PDIP.
Рисунок 3.3 — Конфигурация выводов
Рисунок 3.4 — Параметры корпуса PDIP
Выбор интерфейс для подключения к диагностической линии автомобиля:
В качестве микросхемы выполняющей функцию интерфейса для подключения к диагностической линии автомобиля выбираем ИМС МС33290, производства компании Моторола.
ИМС МС33290 — интерфейс подключения к диагностической линии автомобиля. Является последовательным интерфейсом связи, предназначенным для обеспечения двунаправленной полудуплексной связи взаимодействия с автомобильной диагностической системой управления. Предназначен для взаимодействия устройств на основе микроконтроллеров и электронного блока управления через специальный ISO K-линию.
Рисунок 3.3 — Конфигурация выводов
Рисунок 3.4 — Параметры корпуса
Выбор микросхемы часов реального времени.
В качестве ИМС выполняющей функцию часов выбираем микросхему M41T56.
M41T56 — серийные часы реального времени.
1) 32KHz кварцевый генератор
2) Последовательный интерфейс.
3) 5V ± 10% питающего напряжения
4) Батарея питания 450nA (TYP на 3V)
Выбор микросхемы формирования входного сигнала произвольной формы в цифровые сигналы.
Для реализации функции формирования входного сигнала произвольной формы в цифровые сигналы выбираем микросхему SN7413 — два триггера Шмитта с элементом 4И-НЕ на входе.
Для отображения информации необходим двухстрочный 16-ти символьный русифицированный ЖК-индикатор со светодиодной подсветкой. Данный индикатор может быть любой фирмы изготовителя, главное соблюсти следующие требования: — контроллер ЖКИ- русифицированный, 2 строки 16 символов.
Главное при выборе учесть совместимость ЖК-индикатора с микроконтроллером. Кроме Data Vision испытывались индикаторы фирм PowerTips, Wintec, Bolymin и ещё неизвестных производителей, работоспособность прибора не нарушалась. Индикатор — самый дорогой компонент МКТ.
Выбираем индикатор MT-16S2D-2YLG.
MT-16S2D-2YLG ЖКИ индикатор 2 строки 16 символов англо-русский, с подсветкой.
3.2 Описание принципа работы и настройка МКТ
Схема электрическая принципиальная представлена на чертеже АКВТ.230101.ДП00.10Э3.
Схема питания МКТ питается от бортовой сети автомобиля, в которой возможны значительные броски питания и помехи. Для исключения неблагоприятных факторов предназначен ряд дополнительных элементов. Для защиты схемы от «переполюсовки» служит диод (VD1). Данный диод с прямым током не менее 300 mA. Для защиты схемы от бросков по питанию служат специальные автомобильные варисторы R5 и R17
Интерфейс подключения к диагностической линии автомобиля (k-line) выполнен на специализированной микросхеме МС33290, которая может быть заменена на МС33199 или L9243, Si9243.
Биполярные транзисторы — любые маломощные n-p-n, микросхему часов DD1 M41T56 можно заменить на DS1307, пьезоизлучатель ВА1 — обязательно со встроенным генератором.
Загрузка программы в микроконтроллер. Микроконтроллер программируется через параллельный порт (LPT). Схема подключения микроконтроллера (через разъем X1) к LPT порту компьютера приведена в самой программе программирования. Необходимо учесть, что максимальная длина кабеля, соединяющего микроконтроллер с компьютером не должна превышать 20-30 см.
В первую очередь необходимо:
— проверить отсутствие замыкания по питанию (между линиями +5В и GND). При отсутствии замыкания подается напряжение питания (12В) и необходимо убедиться в наличии +5В во всех точках схемы, куда +5В должны приходить.
— формирование сигнала «Сброс». При включении питания на выводе 9 RSТ микроконтроллера (МК) DD5 должна кратковременно появляться логическая «1», а затем все время держаться уровень логического нуля.
— работа внутреннего генератора МК. На выводах 18 и 19 МК должен быть синус частотой 12 мГц, а на выводе 30 (ALE) должен быть меандр с частотой 2 мГц.
— правильность адресации к памяти программ. На выводе 29 (PME) МК должен быть уровень логической «1». Если на выводе PME присутствует постоянная генерация — то контроллер работает с внешней памятью программ — необходимо убедится в наличии уровня логической «1» на выводе 31 (DEMA) МК. Если на выводе PME периодически появляются пачки импульсов — происходит выход программы за пределы внутренней памяти программ, чего не должно быть. Скорее всего, микроконтроллер «чистый» или неверно запрограммирована программа.
После старта программа инициализирует последовательный порт и системный таймер (что никак не отражается на выводах МК), а затем инициализирует ЖКИ: на порт P2 микроконтроллера выставляются команды, сопровождаемые импульсами единичной полярности на вход E ЖКИ. После записи каждой команды МК переводит все линии порта P2 в единичное состояние и начинать опрашивать готовность ЖКИ, выдавая импульсы единичной полярности на вход Е ЖКИ. Если по какой-либо причине индикатор не выставляет флаг готовности, программа зацикливается на опросе готовности ЖКИ.
После инициализации экран ЖКИ должен очиститься и на него выводится, какой либо текст. Вывод текста аналогичен программированию ЖКИ. Если на дисплее горят черные квадраты, то необходимо отрегулировать яркость свечения индикатора потенциометром R4. При очищенном экране черных квадратов не должно быть видно (или они должны быть еле заметны).
4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
4.1 Расчет потребляемой мощности МКТ
На основании схемы электрической принципиальной МКТ определим потребляемую мощность схемы по формуле
где Pn — потребляемая мощность одной микросхемы;
N — количество микросхем одного типа;
При определении потребляемой мощности каждой микросхемы будем пользоваться справочными данными, в случае их отсутствия мощность ИМС будем рассчитывать по формуле
где Р — мощность потребляемая микросхемой;
Uпит — напряжение питания микросхемы;
Iпот — ток, потребляемый микросхемой
Справочные данные, необходимые для расчёта потребляемой мощности приведены в таблице 4.1
Источник статьи: http://studentbank.ru/view.php?id=40664