1、 毕业设计（论文）说明书 题目名称：空气流量信号处理系统设计 院系名称：机电学院 班 级：车辆 091 班 学 号：200900374102 学生姓名：赵蕊 指导教师：姜春英 2013 年 05 月 空气流量信号处理系统设计 The design of air flow rate signal processing system 院系名称：机电学院 班 级：车辆 091 班 学 号：200900374102 学生姓名：赵蕊 指导教师：姜春英 2013 年 05 月 论文编号：200900374102 I 摘 要 空气流量计是发动机中的一个重要部分， ， 是测量发动机吸入空气量多少的传感 器，空
2、气流量计能够把空气流量的大小转变为电信号，空气流量计将吸入的空气量 转换成的电信号送至发动机 ECU（电控单元） ，进气量的电信号被用来计算基本喷 油持续时间和基本点火提前角。 本课题的任务是为汽车发动机空气流量计设计出一套简明的信号采集系统，使 人们能够清楚的认识到空气流量计工作过程。 本设计介绍了空气流量计的工作原理，工作方式。以及根据空气流量计的原理 和硬件结构， 使用相应的软件进行系统编程,并加以模拟。 软件编程主要分为两部分： A/D 转换，SCI 通信。除此之外，还要编写一个用 labview 软件做出来的界面。通过 A/D 转换将空气流量计的电压信号转换为可识别的数字信号，用 S
3、CI 通信将数据传 递给电脑。 然后用 labview 编译的界面将数据的变化显示出来。 通过模拟实验给单片 机一个模拟的变化的电压信号使空气流量计中的电压变化在界面上显示出来。 关键词：空气流量计 A/D 转换 SCI 通信 II ABSTRACT Air flow meter ，which is an important part of the engine, is a measure of how much the engine intake air quantity sensor. Air flow meter takes the size of the air flow into a
4、n electrical signal, and sends it to the engine ECU (electronic control unit). Electric signal of intake air used to calculate the basic fuel injection duration and basic ignition advance angle. The task of the project is to design a concise signal acquisition system for automotive engine air flow m
5、eter so that people can clearly be acquainted with Air flow meter working process. This design describes the air flow meter works and work. And in accordance with the principles of air flow meter and hardware architecture, use the appropriate software to do system programming, and make simulations.
6、Software programming is divided into two parts: A / D converter, SCI communication. In addition,we also need write a interface with labview software. The A / D conversion of the air flow convert a voltage signal into a digital identification signal ,and the SCI communication pass data to the compute
7、r. Then the interface compiled with labview will display the change of the data. Via Simulation experiment , giving SCM a varying voltage signal to make the chang of air flow meter in the voltage displayed in the interface . Key words: air flow meter A/D conversion SCI communication 1 目录目录 摘 要 . I A
8、BSTRACT . II 1 绪论 1 1.1 前言 1 1.2 空气流量计系统介绍 . 1 1.3 空气流量计国内外的现状和趋势 . 2 2 硬件设计 4 2.1 空气流量计的基本组成 . 4 2.1.1、质量型空气流量计： 4 2.1.2 体积型空气流量计 . 6 2.2 MC9S12XS128 内部结构、主要特性 7 2.3 MAX232 . 8 3 软件设计 11 3.1 CodeWarrior 软件简介 . 11 3.1.1 项目调试场景 11 3.1.2 CodeWarrior 中项目的基本管理和设定 12 3.2 系统流程 . 14 3.3 A转换模块设计 16 3.4 SCI
9、模块设计 23 3.5 labview 软件设计 27 3.5.1 labview 软件简介 . 27 3.5.2 labview 应用程序构成 . 27 3.5.3 前面板 27 3.5.4 流程图 27 3.5.5 图标连接器 28 4 调试过程 30 4.1 调试过程 30 4.2 调试中出现的问题 . 31 4.3 调试结果 31 总结 33 参考文献 34 致谢 35 附录 36 1 1 绪论 1.1 前言 空气流量计-传感器向电子控制器提供反映进气流量的电信号， 在电子控制汽油 喷射系统中是电子控制器计算喷有时间的重要参数，而在微机控制点火时刻系统中 则是作为发动机负荷的间接参数，
10、用于确定最佳的基本点火提前角。空气流量计可 分为机械式的和电子式的。由于机械式的空气流量计是体积流量型；所以测量范围 大；进气量增大测量精度降低；电位计滑动触头影响精度；而且体积大，响应慢。 或者是测试精度高，可以输出线形数字信号，信号处理简单；性能稳定，可靠性高； 由于检测的是体积流量，需对温度和大气压进行修正；但是制造成本比较高。所以 现在的汽车上都采用电子式的空气流量计，其特点是：发热体不直接承受空气流动 所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了可靠性，误差较小，而且减低了成 本。 本文通过阐述空气流量计的基本结构、工作原理、控制策略和发展现状，使读 者对电子节气门有深入的理解。 1.
11、2 空气流量计系统介绍 空气流量计是将进入到汽车发动机内的空气流量生成电压信号，电压信号通过 A/D 转换之后传送给 CPU，进而通过 CPU 来控制节气门的开度大小。 图 1-1 空气流量计工作的流程图 图 1-1 就是空气流量计的工作流程图。其工作原理是：在空气通道中放置一电 热体，通电后使电热体保持一定的温度，空气通过时，空气将会带走热量而使电热 体温度下降，电热体的电阻下降。这时，必须增大通过电热体的电流以维持电热体 的温度当进气量越大，因进气的散热使帕热丝电阻减小，电桥平衡受到破坏。控制 电路自动增大电流，增大帕热丝电阻使电桥重新恢复平衡。因电路中电流的增大， 空气流量 计 空气 C
12、PU 信号 中原工学院毕业设计（论文）说明书 2 使精密电阻的电位增大。该电位与进气量成正比，作为进气量信号电压传输给发动 机 ECU,如图 1-2。 1.3 空气流量计国内外的现状和趋势 （1）国外发展状况 汽车流量计的检测是从原始的普通空气流量计检测逐步发展起来的，早在上个 世纪 50 年代， 在一些工业发达的国家就形成了空气流量计的故障诊断和性能调试为 主的单项检测技术和生产单项检测设备。进入 60 年代后，国外汽车流量计检测技术 发展很快， 并且大量的应用电子技术。 进入到 70 年代以来， 随着计算机技术的发展， 出现了汽车流量计检测的数据化，但仅仅局限在数据显示上。随着电子与计算机
13、技 术，特别是软件工程的进一步发展，到了本世纪末，国外发达国家的流量计检测都 具备了单机采集多种数据，同时处理多种数据的功能，如电压、流量等。进而对被 测流量计进行综合评价。进入到 21 世纪，国外比较先进的流量检测台具有自诊断技 术，并且其流量传感器在结构设计上遵循集成更多功能的理念。 （2） 国内研究现状 中国真正开始现代化流量检测技术的研究，则是进入到了上个世纪的 80 年代。 随着科学技术在各个领域都有了较快的发展，特别是中国汽摩配行业的快速发展， 使得汽车零部件的检测技术也逐渐发展起来，汽车流量计的检测也不例外。从上世 纪九十年代开始， 计算机进入到汽车流量计的检测领域， 使流量测量
14、面貌焕然一新， 图 1-2 空气流量传感器基本原理 中原工学院毕业设计（论文）说明书 3 许多企业瞄准这个市场，纷纷开发以单片机为核心的智能仪表，甚至是完全满足标 准计算要求的流量计算机；也有一些软件企业，致力于流量测量工具软件的开发与 应用，给流量测量的研究、仪表的开发、生产、检测、现场校验以及管理带来了方 便，同时也为流量测量方法的统一创造了条件。但上述的工具软件并没有与汽车空 气流量计的在线检测系统有机地结合起来，使得汽车空气流量计的检测出现较大误 差，进而对其的评价也存在了较大误差。这种现象也使得中国汽车流量计品质有待 提高。而在国内部分生产厂家则是自设计只能测量流量计电压的在线测试设
15、备，由 于电压是直接信号，最后得出的流量是间接信号，所以必然会造成测量误差，影响 对流量计品质的评价。 由此可见，国内对于汽车流量计的检测平台还处于初级阶段，仅能测量空气流 量计的电压，无法得出空气流量计的流量，造成空气流量计在生产过程中就有较大 的测量误差，导致产品质量不高。有些厂家对于生产或销售的流量计采用进口的检 测平台进行检测，不仅检测成本高而且维修保养困难，因此研究智能化汽车空气流 量计在线检测与评价系统，不仅可以为填补我国汽车空气流量计检测平台的技术空 白，还可以为汽车零配件厂降低检测成本，降低生产成本，提高我国流量计技术指 标有着重要的意义。 （3）应用前景 2008 年中国的汽
16、车生产量高达 800 万辆，其中电控汽油机汽车达 500 万量，需 要汽车空气流量计配套高达 500 万台，再加上维修需要的汽车空气流量计的约 850 万台，可以说 2008 年其需要量高达 1350 万台。一台汽车空气流量计在线检测系统 检测100台流量计， 一年检测 2000台， 每年需要 67500台汽车空气流量计检测系统。 该系统每年的需求量很大，市场前景广泛。 中原工学院毕业设计（论文）说明书 4 2 硬件设计 本次设计中硬件设计是将空气流量计与 MC9S12XS128 单片机连接起来采集信 号又经过 MAX232 通信模块将信号在电脑上显示出来。其中由于空气流量计由于信 号不稳定，
17、不太好采集，在本设计中用电位计产生的可变电压来代替。 2.1 空气流量计的基本组成 空气流量计大体分为两种类型： 质量型空气流量计和体积型空气流量计。两种类型包括各自不同的方式： 2.1.1、质量型空气流量计： 热线式空气流量计： 如图 2-1 是热丝式空气流量传感器的实物图。 结构特点： 传感器壳体两端设制有与进气道相连接的圆形连接接头，空气入口和出口都设 有防止传感器受到机械损伤的防护网。 传感器入口与空气滤清器一端的进气管连接， 出口与节流阀体一端的进气管连接。图 2-2 质量型空气流量计是安装在进气道上的 插入型，它使一部分气流进入检测区域。用作传感器的一条铂热线和热敏电阻被安 图 2
18、-1 热丝式空气流量传感器 中原工学院毕业设计（论文）说明书 5 放在检测区域。通过直接测量进气质量，检测精度可以提高，并且几乎没有进气阻 力。而且，由于没有使用专门的机械，这种流量计有很好的耐久性。图示的空气流 量计也有一个嵌入式进气温度传感器 【4】 。 工作原理: 空气质量流量（MAF）传感器使用一组电热丝感知组件以判断进入发动机的空 气量。空气流过电热丝造成降温。电热丝保持在一定的温度，高于由冷却丝所测得 的周围温度。保持电热丝温度所需的电流与空气质量的流量成正比。MAF 传感器然 后输出一个与空气质量流量成正比的模拟电压信号到 ECM。 内部电路： 图 2-2 热丝式空气流量传感器组
19、成 1、MAF 传感器 2、进气处 3、 冷金属线 4、热金属线 图 2-3 热丝式空气流量计电路 中原工学院毕业设计（论文）说明书 6 如图 2-3 所示，在实际空气流量计，热线并入桥式电路。桥式电路具有这样的 特性：当沿着对角线的阻值相等(Ra+R3R1=RhR2)时，A 点和 B 点的电位相等。 当热线(Rh)被吸入的空气冷却时，电阻值降低导致 A 点、B 点产生电位差。运算放 大器检测到电位差并且施加电压给电路(增加热线(Rh)电流)。这样热线(Rh)温度上升 使热线阻值增大，直到 A 点和 B 点的电位相等(A、B 电压升高)。通过利用这种桥式 电路的特性，空气流量计就可以通过检测
20、B 点电压来测量进气量。 热膜式空气流量传感器： 热膜式空气流量计是热丝式传感器的改进产品，其发热元件采用平面形铂金属 薄膜(厚约 200 nm)电阻器，故称为热膜电阻。热膜电阻的制作方法是：首先在氧化 铝陶瓷基片上采用蒸发工艺淀积铅金属薄膜，然后通过光刻工艺制作成梳状图形电 阻，将电阻值调节到设计要求的阻值后，在其表面覆盖一层绝缘保护膜，再引出电 极引线而制成。其外形与热丝式相似如图 2-4，其结构如图 2-5。 2.1.2 体积型空气流量计 叶片式流量计: 叶片式空气流量计由许多零件组成。 当空气从空气滤清器流入空气流量计， 图 2-4 热模式空气流量传感器外形 图 2-5 热模式空气流量
21、计结构 1-接线插座、2-护套、3-铂金属膜 4-防护网 中原工学院毕业设计（论文）说明书 7 气流推动计量板。当计量板压力与计量板回位弹簧力相等时，计量板就平衡在某一 个位置。 与计量板轴向连接的电位计将吸入空气量转化成可以发送给发动机 ECM 的 电压信号。 光学卡尔曼涡流式: 通过光电直接感应吸入空气量。这既简化了进气道的构造，也减少了吸入空气 阻力。如果将一个物体放在气流通道内，在物体进气口便产生一个或多个涡流(卡特 曼涡流)。由于产生的卡特曼涡流的频率与空气流速成比例，气流容积就可通过测量 涡流频率来计算。涡流是这样被检测的：通过把涡流的压力变化引向金属箔膜制成 的反光镜表面， 利用
22、一对光敏付(发光二极管和光电晶体管)来检测反光镜的振动。 如 下图所示进气量(KS)信号是一个脉冲信号。当进气量低时，信号频率也低。当进气 量大时，信号就有很高的频率。 2.2 MC9S12XS128 内部结构、主要特性 MC9S12XS128 有 3 种封装， 分别是 64 引脚封装、 80 引脚封装、 112 引脚封装 【4】 。 MC9S12XS 系列具有非常丰富的输入/输出端口资源， 同事集成了多种功能模块， 端口包括 PORTA、PORTB、PORTE、PORTK、PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、 PORTH、PORTJ 和 PORTAD 共 11 个端口。端口引脚大
23、多为复用引脚，往往具有多 重功能。所有端口都具有通用 I/O 口功能，其中 PORTA、PORTB、和 PORTK 作为 通用的 I/O 口；PORTE 中的 IRQ 和 XIRQ 引脚可以作为外部中断输入口；PORTT 集成了TIM 模块功能； PORTS 集成了SCI模块和 SPI模块功能； PORTM 集成了CAN 总线模块；PORTP 集成了 PWM 模块功能；PORTH 和 PORTJ 可作为外部中断输入 口；PORTAD 集成了 ATD 模块功能。 在本次设计中，主要应用了两个模块：SCI 模块、A/D 转换模块。这两个模块 以及一些辅助模块的功能如下： 内部 PLL 模块。 不需
24、要外部元件； 可配置的选项，以降低 EMC 辐射（频率调制） 。 模/数转换（ATD） 。 位/10 位/12 位分辨率可选； 中原工学院毕业设计（论文）说明书 8 3us 的 10 位单通道转换时间； 左对齐/右对齐数据转换； 外部和内部转换触发功能； 停止模式下为转换提供内部时钟； 连续转换模式； 16 个模拟输入通道； 多通道扫描； 引脚能够用于数字 I/O 口。 串行通信接口（SCI） 。 2 个全双工或单线工作方式； 标准不归零（NRZ）传号/空号数据格式； 可编程脉冲宽度的 IrDA1.4 归零反转（RZI）格式； 13 位波特率选择； 可编程的发送器和接收器极性； 边沿有效接收唤
25、醒； 支持 LIN 的间隔检测和发送冲突检测； 输入输出端口特性 最多 91 个通用 I/O 口引脚和 2 个专用输入引脚； 可配置输入引脚上拉和下拉电阻； 可配置输出引脚驱动能力。 2.3 MAX232 数据传输接口是数据传输的硬件基础，也是数据通信、计算机网络的重要组成 部分。单片机本身的数据传输接口主要为 8 位或 16 位并行数据接口、全双工串行通 信接口，但电子技术的迅速发展使得许多新的数据传输接口标准不断涌现，大多数 的单片机并没有在硬件中集成这些新的数据传输接口。为了使单片机适应不同标准 的各类数据传输协议，必须对单片机的数据传输接口进行扩展。 MAX232 可以用作单片机和单片
26、机之间、 单片机和 PC 机串口之间的符合 RS232 串行接口电路。只要将待进行串行传输的设备的发送和接收端相应的接上，编程即 可。 中原工学院毕业设计（论文）说明书 9 MAX232 是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单 5V 电源供电时提供 EIA/TIA-232-E 电平。每个接收器将 EIA/TIA-232-E 电平输入转换为 5V TTL/CMOS 电平。这些接收器具有 1.3V 的典型门限值及 0.5V 的典型迟滞，而且可 以接收30V 的输入。每个驱动器将 TTL/CMOS 输入电平转换为 EIA/TIA-232-E 电 平。 MAX232 内部结构
27、MAX 内部结构基本可分三个部分： 第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生 +12v 和-12v 两个电源，提供给 RS-232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据 通道。 其中 13 脚（R1IN） 、12 脚（R1OUT） 、11 脚（T1IN） 、14 脚（T1OUT）为第一 数据通道。8 脚（R2IN） 、9 脚（R2OUT） 、10 脚（T2IN） 、7 脚（T2OUT）为第二 数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、 T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、
28、T2OUT 送到电脑 DB9 插头； DB9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。 第三部分是供电。15 脚 GND、16 脚 VCC（+5v） 。 （1） MAX232 主要特点 单 5V 电源工作 LinBiCMOSTM 工艺技术 两个驱动器及两个接收器 30V 输入电平 低电源电流：典型值是 8mA 符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA-232-E 及 ITU 推荐标准 V.28 ESD 保护大于 MIL-STD-883（方 法 3015）标准的 2000V （2）MAX232 串口连接图 中原
29、工学院毕业设计（论文）说明书 10 MAX232 获得正负电源的另一种方法 在单片机控制系统中， 我们时常要用到数 /模（D/A）或者模/数(A/D)变换以及其它的模拟接口电路，这里面要经常用到正负电 源，例如： 9V,-9V; 12V,-12V.这些电源仅仅作为数字和模拟控制转换接口部件的小 功率电源。 在控制板上， 我们有的只是 5V 电源， 可又有很多方法获得非 5V 电源。 1.外接；2.DC-DC 变换在这里我介绍一块大家常用的芯片：MAX232. MAX232 是 TTL-RS232 电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电路，取振荡电容为 uF 的时 候，若输入为 5V,输出可以达到
30、-14V 左右，输入为 0V ,输出可以达到 14V,在扇出电 流为 20mA 的时候， 处处电压可以稳定在 12V 和-12V.因此， 在功耗不是很大的情况 下，可以将 MAX232 的输出信号经稳压块后作电源使用。下图 2-6 为 MX232 双串 口的连接图，可以分别接单片机的串行通信口或者实验板的其它串行通信接口： 图 2-6 MAX232 连接图 中原工学院毕业设计（论文）说明书 11 3 软件设计 本次设计中所涉用到的软件有 CodeWarrior 以及 labview。在设计中运用 Codeearrior 来编辑程序并将程序下载至 MC9S12XS128 单片机中， 之后用 la
31、bview 编 辑一个显示界面，使采集到的信号数据在电脑上显示出来。 3.1 CodeWarrior 软件简介 CodeWarrior 包括构建平台和应用所必需的所有主要工具 - IDE、编译器、调试 器、编辑器、链接器、汇编程序等。另外，CodeWarrior IDE 支持开发人员插入他们 所喜爱的工具，使他们可以自由地以希望的方式工作。 CodeWarrior 开发工作室将尖端的调试技术与健全开发环境的简易性结合在一 起，将 C/C+源级别调试和嵌入式应用开发带入新的水平。开发工作室提供高度可 视且自动化的框架，可以加速甚至是最复杂应用的开发，因此对于各种水平的开发 人员来说，创建应用都是
32、简单而便捷的。 它是一个单一的开发环境，在所有所支持的工作站和个人电脑之间保持一致。 在每个所支持的平台上，性能及使用均是相同的。无需担心主机至主机的不兼容。 CodeWarrior 开发工作室包括完成大多数嵌入式开发项目所需的所有工具。 运行 CodeWarrior(CW)集成开发平台，在任务栏的 File 菜单下点击 New,会弹出 建立新项目的模板对话框，选择单片机型号，按照提示操作输入文件名，选择存储 位置，选择相应的芯片及调试场景，最后选择 C/C+的一些编译和代码生成模式。 3.1.1 项目调试场景 项目调试场景有以下几种： “Full Chip Simulator”是芯片全功能模
33、拟仿真，既无需任何目标系统的硬件资 源，直接在你的的 PC 机上模拟运行单片机的程序，在模拟运行过程中可以观察调 试程序的各项控制和运行流程，分析代码运行的时间，观察各种变量，等等。CW 提供了功能强大的模拟激励功能，可以在模拟运行时模拟一些外部事件的输入，配 合程序调试。 中原工学院毕业设计（论文）说明书 12 “P /禁止数字输入 ATD0CTL1=0X00; ATD0CTL2=0x42;/启动 AD 快速清零，忽略外部触发，允许中断 ATD0CTL3=0x88; /右对齐，非 FFIFO 模式，冻结模式下继续转换 ATD0CTL4=0x03; /4 周期，PRS=3 ATD0CTL5=0
34、x20; 3.4 SCI 模块设计 （1） SCI 模块结构组成和特点 MC9S12XS128 内置的 SCI 模块是双全工、波特率可编程设置、可编程选择 8 位数据或 9 位数据格式的串行通信接口（简称串口） 。下面介绍本设计使用到的寄存 中原工学院毕业设计（论文）说明书 24 器功能及其设置。如图 3-12 为 SCI 模块框图。 串行通信是指数据一位一位地按顺序传送的方式，其突出优点是只需要一根传 输线，可大大降低成本，特别适合远距离通信。其缺点是传输速度较低，每秒内能 发送或接收的二进制位数称为波特率，若发送一位时间为 t，则波特率为 1/t。 SCI 波特率寄存器 SCI 波特率寄存
35、器用来设置 SCI 波特率同时还用于控制红外调制/解调子模块， 由 SCI 波特率高字节寄存器（SCIBDH）和 SCI 波特率低字节寄存器（SCIBDL）组 成。该寄存器如图 3-13 和图 3-14 所示。波特率计算公式为： SCI 波特率=SCI 模块时钟/（16BR） 式中，BR 是 SCI 波特率寄存器中 SBR12 到 SBR0 的 13 位数值。波特率寄存器中的 13 位数值从 1 到 8190。SCIBD 本次设计中设定为 80000000/16/9600。 图 3-13 SCI 波特率高字节寄存器 图 3-12 SCI 模块框图 中原工学院毕业设计（论文）说明书 25 图 3
36、-14 SCI 波特率低字节寄存器 波特率计算公式如下，当 IREN=0 时： SCI 波特率=SCI 总线时钟/（16SBR） 当 IREN=1 时： SCI 波特率=SCI 总线时钟/(32SBR) SCI 控制寄存器 1 SCI0CR1 本次设计中设定值为 0000 0000。SCI 控制寄存器 1 如图 3-15 所示： 图 3-15 SCI 控制寄存器 1 LOOPS 为 SCI 环路使能控制位。SCI 在环路工作模式下，RSRC=0，RXD 引脚 和 SCI 模块断开，SCI 发送器输出在内部和接收器输入相连。当 SCI 发送器和接受 器均被使能情况下，才能够实现 SCI 环路功能
37、。本次设计中设定 LOOPS 为 0 表示 使能 SCI 正常工作模式； SCISWAI 为 MCU 等待工作模式下 SCI 停止位。 设定 SCISWAI 为 0 表示在等待 模式下允许 SCI 停止位。 RSRC 为 SCI 接受器输入源选择位。当 LOOPS=1 时，RSRC 位决定 SCI 接受器 移位寄存器的输入方式。设定 RSRC 为 0 表示接收器输入连接到内部发送器输出。 PE 为奇偶校验使能位，该位使能奇偶校验功能。当奇偶校验功能使能时，会在 传输字符的最高位插入一个奇偶校验位。设定 PE 为 0 表示禁止奇偶校验功能。 SCI 控制寄存器 2 SCI0CR2 设定为 000
38、0 1100.SCI 控制寄存器 2 如图 3-16 所示： 中原工学院毕业设计（论文）说明书 26 图 3-16 SCI 控制寄存器 2 TIE 为发送器中断使能位，该位使能允许 SCIR1 寄存器中的发送数据寄存器空 标志位 TDRE 产生中断请求。设定 TIE 为 0 表示禁止 TDRE 中断请求。 RIE 为接受器满中断使能位， 该位使能允许 SCISR1 寄存器中的接受数据寄存器 满标志位 RDRF 或者溢出标志位 OR 产生中断请求。设定 RIE 为 0 表示禁止 RDRF 或 OR 中断请求。 TE：发送器使能位，该位使能允许使用 SCI 发送器，TXD 引脚由 SCI 控制，
39、TE 位能够用于发送空闲报头。设定 TE 为 1 表示 SCI 使用发送器。 RE：接收器使能位，该位使能允许使用 SCI 接收器。设定 RE 为 1 表示 SCI 使 用接收器。 综上所述，SCI 的初始化程序如下： /*/ /* SCI 初始化 */ /*/ void SCI_Init(void) SCI0BD=80000000/16/9600； /设置波特率为 9600bps SCI0CR1=0x00;/使能 SCI 正常模式，在等待模式下允许 SCI 停止位、1 位 起始位，8 位数据位，1 位停止位、空闲线唤醒、空闲字符 起始于起始位、禁止奇偶校验功能 SCI0CR2=0x0C;/禁
40、止 TDRE、TC、RDRF 或 IDLE、IDLESCI 使用发送器、接收器、接收器正常工作状态、发送器不发送 间隔符 中原工学院毕业设计（论文）说明书 27 3.5 labview 软件设计 3.5.1 labview 软件简介 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种图形化 的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数 据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 协 议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应
41、用 TCP/IP、ActiveX 等 软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己 的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。 图形化的程序语言，又称为“”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程 序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉 的术语、图标和概念，因此，LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它可以增强你 构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途 径。 使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 利用 LabVIEW， 可产生独立运行的可执行文件，
42、它是一个真正的 32 位编译器。 像许多重要的软件一样，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的 多种版本。 3.5.2 labview 应用程序构成 所有的 LabVIEW 应用程序，即虚拟仪器（VI） ，它包括前面板（front panel） 、 流程图（block diagram）以及图标/连结器(icon/connector)三部分。 3.5.3 前面板 前面板是图形用户界面，也就是 VI 的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和 显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制（control）和显示 对象（indicator）如图
43、3-17。 3.5.4 流程图 流程图提供 VI 的图形化源程序。在流程图中对 VI 编程，以控制和操纵定义在 中原工学院毕业设计（论文）说明书 28 前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件的连线端子，还有 一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。 LabVIEW 在编译过程中，使用图形化，用流程图来编译程序使编译过程更加简 便， 清晰。 所以在编程过程中不用编写代码， 仅仅用流程图表现出来即可， 如图 3-18 为本次设计中的流程图。 3.5.5 图标连接器 图标/连接器是子 VI 被其它 VI 调用的接口。图标是子 VI 在其他程序框图中被 调用的节点表
44、现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。 用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。连接器一般情况下隐含 不显示，除非用户选择打开观察它。图标与连接器在这里相当于图形化的参数，详 图 3-17 前面板界面 中原工学院毕业设计（论文）说明书 29 细情况稍后介绍。LabVIEW 的强大功能归因于它的层次化结构，用户可以把创建的 VI 程序当作子程序调用，以创建更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限制的。 图 3-18 流程图 中原工学院毕业设计（论文）说明书 30 4 调试过程 在编译程序完成之后，要对所设计的东西进行调试。在调试过程中由于空气流 量计与硬件连接任
45、务重大。所以加在电位器两端的电压来作为模拟信号。器连接的 电路图如图 4-1 所示。 4.1 调试过程 调试时首先将程序下载到单片机中，然后将电路连接起来，并且与电脑连接起 来。打开界面，打开电源。按下开始按钮，观察数据是否与设想中的数据一致。 在起初调试时，并不是将总程序一次性调试的而是一个一个模块调试的。在调 试 A/D 模块时，并不需要界面显示。而是用与单片机配套的 TBDM 在 CodeWarrior 中用 TBDML 模式连上模拟信号编译然后一步一步的运行看是否能采集到数据。如 果采集不到数据，检查程序是否错误或者在 A/D 初始化时，各个寄存器的初始设定 值是否于所需要的功能重合或
46、者相违背，修改其初始值。重新调试。 A/D 模块调试成功之后，继续调试 SCI 通信模块。先不要将 A/D 模块采集到的 数据显示出来。首先给 SCI 一固定值，看其是否能够在电脑上显示。如果不能显示 查看 SCI 初始值是否正确。如果正确，但又不显示数据，可以用其他正确的程序来 重新调试一下，检验单片机通信模块即 MAX232 是否能正常使用。 图 4-1 模拟信号连接电路 中原工学院毕业设计（论文）说明书 31 如果两个模块都调试成功，将两个模块的程序编译在一起，下载到单片机中， 重新调试。 4.2 调试中出现的问题 在本次设计中，调试时出现的第一个问题是采集不到数据。于是对 A/D 模块
47、的 初始值进行一系列排查之后发现没有问题，接着又用电压表对连接的电路进行一一 排查，发现是焊接不牢固，焊点脱落导致电路没有联通。所以采集不到数据，然后 将各个元件重新排查一遍，将焊接的不牢固的焊点重新焊牢。重新调试， ，可以采集 到数据了。 第二个问题是 SCI 通信调试过程中，在显示时没有出现正常的预期值而是出现 了一堆乱码。针对这个问题重新研究了 SCI 的初始值，重新检查了 SCI 模块是否正 常， 以及所有的能检查的。 最后发现是波特率的设置与电脑的串口的波特率不一样。 所以在这个地方花费的时间最多。 4.3 调试结果 在最后调试成功之后在电脑的界面上显示出如 4-2、4-3 图的数据
48、。 图 4-2 数据显示界面 中原工学院毕业设计（论文）说明书 32 图 4-3 波形图显示 中原工学院毕业设计（论文）说明书 33 总结 通过这次毕业设计，我不仅巩固了以前学过的知识，而且又学习单片机方面的 知识，提高了查阅资料能力 ，从而提高了我理论联系实际的设计能力和动手能力以 及自学能力。为我今后走向工作岗位打下了一定的基础。 因为本次设计为毕业设计，各项要求均比较严格，为了能更加好的完成设计任 务，我从图书馆和网上查阅了大量的关于单片机的资料和视频。这又为我的知识系 统中增加了单片机这一项。并且重新复习了 C 语言方面的知识。提高率我的编程能 力。除了对知识的查阅，我还翻出了大学四年
49、来所学的重点专业知识，重新系统的 去学习和撑握，为设计做准备。 尽管做了很好的准备，但在设计过程中却暴露了基础知识不扎实。对许多专业 知识还不能自如的运用，对许多概念上的知识、专业术语含糊不清，做不到深刻理 解。 在编程过程中，由于有许多寄存器的功能不太理解，是编程的速度进展很慢， 许多问题的解决都是通过从实践所得的数据来确定、并适当的做出选择，如：冲裁 间隙的确定等。 本次设计的工作量相对于课程设计大了很多，特别是对于往机械方面培养的我 们在汽车电子方面了解仅限于汽车电子这门课上的东西。而对于单片机方面的知识 完全不知。使得在实际过程出现了许多困难。也耽误了许多时间。 这次设计是我们参加工作前的最后一次设计。完成它就是对我们四年来所学知 识的一次系统应用
