汽車(chē)電子教學(xué)輔助裝置的開(kāi)發(fā)

本實(shí)驗裝置是在飛思卡爾08單片機的基礎上，開(kāi)發(fā)的一套集成0～5V直流電壓輸出、穩壓直流電壓輸出、PWM輸出和不同頻率采集并用數碼管顯示相應數據的裝置。它在汽車(chē)電子技術(shù)教學(xué)中可代替現行的大多數實(shí)驗輔助設備，并能簡(jiǎn)化實(shí)驗的操作步驟、降低實(shí)驗成本。

系統的硬件組成結構

本裝置的硬件主要是由飛思卡爾08單片機及簡(jiǎn)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字信號進(jìn)入單片機，并且在單片機里實(shí)現信號的轉換，轉換成單片機可識別的數字信號，通過(guò)單片機的計算和軟件的編程，實(shí)現不同的模擬信號輸出、PWM輸出及頻率輸出。同時(shí)在數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(xué)輔助裝置功能示意圖

1 0～5V直流電壓可視輸出

MC68HC908GP32CP芯片內部集成8路8位ADC，分別為PTB0～PTB7口，可實(shí)現A/D轉換的功能。本功能主要通過(guò)A/D信號的轉換，顯示并輸出可調的電壓值。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左右以保證其調節范圍，輸入直流電源（5V）經(jīng)過(guò)電位計調節成0～5V之間的不同電壓值作為模擬信號輸入到單片機中，進(jìn)入單片機之后，首先經(jīng)過(guò)ADC把模擬信號轉換為單片機所能識別的數字信號，然后MCU對數字信號進(jìn)行處理，并通過(guò)同步串口通信SPI接口與ZLG7289進(jìn)行通信，驅動(dòng)數碼管顯示當前電壓值，同時(shí)在此電路的PTB_PTB4和PTB_PTB5引出兩個(gè)接口，連接模擬輸出接口，就可以實(shí)現0～5V的模擬信號可視的輸出。在汽車(chē)電子的實(shí)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的系統時(shí)鐘不僅可以由外部晶振輸入分頻得到，還可以由內部鎖相環(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(guò)軟件編程得到最大8MHz的總線(xiàn)時(shí)鐘頻率。MC68HC908GP32CP還具有兩個(gè)定時(shí)器。定時(shí)器的核心是一個(gè)16位的計數器，該計數器的計數頻率由外部晶振時(shí)鐘或內部鎖相環(huán)模塊得到的總線(xiàn)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)預定的分頻因子分頻得到。從處理器的角度，真正的時(shí)間間隔被這個(gè)自由運行的定時(shí)計數所代替?？梢酝ㄟ^(guò)讀取計數器的讀數判斷經(jīng)過(guò)了多長(cháng)時(shí)間。使用預置計數器功能可以得到精確的溢出時(shí)間，還可以在任何時(shí)候暫?；蚯宄嫈灯鞯挠嫈?。通過(guò)定時(shí)器的溢出功能可以進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的定時(shí)。所以定時(shí)器具有輸入捕捉測量頻率和PWM（脈沖寬度調制）脈沖的功能，PWM的輸出是利用定時(shí)器所在的每一個(gè)通道都可以設置為在溢出時(shí)自動(dòng)翻轉電平。合理地使用這個(gè)特性，定時(shí)器通道就可以產(chǎn)生PWM波。預置計數寄存器的值將決定脈寬調制波的周期。當自由運行計數器的計數達到預置計數器的值時(shí)，該通道的輸出將自動(dòng)翻轉，所以?xún)纱我绯鲋g的時(shí)間就是脈寬調制波的周期，每一個(gè)通道的輸出比較寄存器的值將決定脈寬調制波的占空比。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(gè)整周期。

因此，如果要實(shí)現可調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數據寄存器的值經(jīng)過(guò)計算之后賦給定時(shí)器預置寄存器和對應通道的輸出比較寄存器中，并通過(guò)計算得出相應的周期和占空比，再把數據通過(guò)SPI輸入ZLG7289中驅動(dòng)數碼管顯示周期和占空比。這樣就實(shí)現了通過(guò)調節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(chē)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(shí)器的一項功能，該功能用來(lái)監測外部的事件和輸入信號。其測量頻率的范圍由系統時(shí)鐘及定時(shí)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(shí)，在指定的輸入捕捉引腳上發(fā)生一個(gè)指定的沿跳變(上升沿或下降沿)，定時(shí)器捕捉到特定的沿跳變后，把自由運行計數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，系統會(huì )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(shí)刻或信號發(fā)生變化的時(shí)刻。通過(guò)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(gè)通道以及MC68HC908GP32與顯示電路的連接即可。在實(shí)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(chē)速傳感器信號，現行大多數測量車(chē)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