| 设计了一种以Silicon Lab 公司的C8051F120 为核心控制器， 运用74HC595 级联实现I/O 扩展， 利用AD 采集电压反映电量大小的 综合电动汽车示教板教学仪器， 该示教板系统以动态形式形象的 展示了电动汽车驱动技术的工作 原理， 此外对C8051F120 的输出 模块的74HC595 扩展电路、模拟 量电压采集模块、电机仿真旋转 等进行了详细的阐述。 【关键词】C8051F120 74HC595 示教板 随着社会的快速发展，新能源电动汽车 课程走进中高职院校以及大学，随之设备的需 求数量增加，为了使学生更好地掌握电动汽车 的整个驱动技术的工作原理，设计电动汽车驱 动示教板控制系统，通过动态形式的展示工作 原理，进而更好的掌握知识。 1 电动汽车的发展现状 发展新能源汽车产业是我国政府重视的 发展方向，在发展规划中将新能源汽车发展目 标确定为到2020 年实现累计产销500 万辆， 随着新能源电动汽车的快速发展，对于电动汽 车的检测维修、设备调试的人才需求随之日益 高涨，但是目前国内并不能满足社会对该类人 才的需求，因此为了适应整个社会的变化，开 始相关的新能源汽车教学仪器的开发，进而较 好的推动汽车专业的建设和引领作用。 2 C8051F120单片机 C8051F120 是Silicon Lab 公司的8051 内 核混合信号微控制器，C8051F120 单片机片内 集成了8 组I/O 口，两个12 位DAC、一个12 位的ADC、一个8 位的ADC，片上集成了内 部电压基准，片内电源监视、看门狗等，单片 机采用流水线结构，速度可达100MIPS，指令 与标准51 系列单片机兼容，调试采用JTAG 调试方式，支持在线系统调试和编程，调试过 程并不占用片内资源，相比其它仿真系统有更 好的性能，从而提高了系统的可靠性和稳定性。 3 示教板控制原理 示教板系统完整展示了电动汽车驱动技 基于C8051F120 单片机的电动汽车示教板的控制系统设计 文/闫亚林 王旭龙 王志强 设计了一种以Silicon Lab 公司的C8051F120 为核心控制器， 运用74HC595 级联实现I/O 扩展， 利用AD 采集电压反映电量大小的 综合电动汽车示教板教学仪器， 该示教板系统以动态形式形象的 展示了电动汽车驱动技术的工作 原理， 此外对C8051F120 的输出 模块的74HC595 扩展电路、模拟 量电压采集模块、电机仿真旋转 等进行了详细的阐述。 摘 要 术系统的整个工作过程，可以模拟电动汽车的 整个启动过程、限速行驶、正常速度行驶、超 速行驶和停车共五种工况的运行状态。 595 级联电路控制输出信号，将信号集中 于输出模块，模拟量采集模块、故障区以及 SENSOR 输入模块分别将信号给单片机，经过 单片机内部信号综合处理，将信号传给595 电 路，继而分别控制电动机仿真旋转和控制面板 显示，实现示教板工作过程。 4 硬件设计 4.1 示教板控制面板的设计 控制面板的电路设计运用发光二极管的 点亮与否，来显示线路以及器件的运行情况， 该控制面板电路总共要驱动500 个发光二极 管，每个发光二极管的的驱动电流达到20mA 的时候，采取动态扫描方式可以达到比较理 想的发光效果，每一个I/O 端口最大将承受 50mA 的灌电流，因此需要利用三极管将驱动 电流放大实现驱动多个发光二极管工作。 4.2 595扩展I/O口设计 C8051F120 单片机有8 组I/O 口，但是对 于系驱动系统来说I/O 口仍然短缺，因此利用 74HC595 芯片进行级联实现I/O 口的扩展实现 控制，74HC595 是一个串并转换芯片，它的 本质是个移位寄存器，每输入一个时钟，所有 的数据位向后移一位，最前一位是由 SER 来 填补，即SER->QA->QB->....->QH，在芯片上 QH' 端与QH 端相同，把QH' 与下一级的 SER 相连，那相当于下一级的就是由QH 来输入第 一位。由于数据都是通过第一片的SER来进入， 要从SER 移动到最后的QH2 是要移动16 次， 实现2 片74HC595 的级联控制。 5 软件设计 对于电动汽车驱动技术系统示教板的实 现软件只要基于C8051F120 单片机进行编程 控制，主要分为I/O 端口模块的分配，AD 电 量指示模块，电机仿真旋转模块。 在电动汽车的系统中，将采集的信号通 过的ADC 输入单片机将模拟量转换成数字量， 经过单片机的内部信号处理，继而通过595 级 联芯片显示电量，并故障信号以及其他系统信 号组合，进行系统的AD 电量指示整体控制。 电机仿真旋转模块的控制，要考虑两点 实际情况：第一当电动机启动时，电机旋转速 度是慢慢增加到最高速度，当增加到最高速度 后，如果按下停止按钮，则电动机旋转速度是 慢慢降到0；第二，当速度没有增加到最高速 度，便按下停止按钮，则电动机旋转速度将从 当前速度将为0。 6 系统调试 当系统的外部硬件固定，并将连接线连 接完毕，运用C8051F120 单片机的配置软件 ConfigAndConfig2Install进行配置各端口功能， 将所需要的配置在该软件配置完毕既可以进行 主程序的编程，在该控制系统中，采用分步编 程，分别将PORT、74HC595、AD 三个模块 的初始化模块化，然后编写主程序，调试按照 开关、继电器以及各类开关类信号的控制顺序， 作为输入信号，对应的指示电路作为输出信号， 同时将AD 采集电压显示的电量与故障区相结 合，共同控制系统的运行。 7 总结 在系统设计过程中， 主要是74HC595 级联的控制程序中， 由于级联超过18 个 74HC595 芯片， 在定义初始化时0 应该采 用xdata 定义， 因为bdata 是片内RAM 的可 位寻址区，只允许最大值为216，而18 片7 4HC595 级联时超出了此范围，所以应该选用 DPRT 间接访问的片外RAM，这时可以满足 控制要求。 参考文献 [1] ( 美)CygnalIntegratedProducts，Inc. 著, 潘琢金等译.C8051F 单片机应用解析 [M]. 北京航空航天大学出版社,2002. [2] 陈朝泽, 任德均, 杨齐寿.C8051F120 单 片机钞券箱自动开箱机控制系统[J]. 机 械与电子,2009(05). [3] 穆飞航, 王健琪, 焦腾, 叶勇. 基于 C8051F120 控制的液晶显示屏的设计与实 现[J]. 第四军医大学学报.2005(19). [4] 李亚, 常涛, 王永强. 利用74HC595 实现 多位LED 显示的新方法[J]. 微计算机信 息,2005(07). [5] 葛永翠. 基于C8051F120 的以太网数据采 集的技术研究[J]. 电子质量,2008(02). 作者单位 天津职业技术师范大学汽车与交通学院 天津 市 300222 |
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