毕业设计（论文）发动机测控平台多通道数据采集系统.doc

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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:XXX学 号：XXXXXXXXX学院(系):XXXXXXXXX专 业:XXXXXXXXX题 目:发动机测控平台多通道数据采集系统指导者： 评阅者： 2011年XX月XX日毕业设计说明书（论文）中文摘要发动机测控平台多通道数据采集系统，是衡量发动机动力性能和经济性能的必要手段，发动机测控平台，作为发动机性能试验必不可少的设备，其测量精度和自动化程度直接影响到试验能否如实反映发动机的性能，其自动化是提高发动机测试效率和质量的重要方法。本文在研究发动机自动测试的基础上，提供了用单片机实现发动机测控的自动监测方案。本文首先介绍了发动机测控仪器的发展

2、状况，简要分析了发动机测控平台的原理；再对所需要用到的工具进行基本介绍，对需要采集的信号进行分析，然后给出发动机测控平台多通道数据采集系统设计的总体方案； 包括传感器的选择，信号调理电路设计。选用STC51系列单片机为核心进行系统硬件的搭建，极大的简化了系统硬件开发。主要涉及到单片机最小系统、滤波电路、信号调理电路、放大电路、供电电路、人机交互电路以及通信电路的设计。开发工具主要包括硬件电路设计工具（Protel DXP & Proteus）、单片机调试工具（Keil & STC_ISP）、Protel DXP能帮助我们快速的进行电路的设计和PCB的绘制，Proteus 能方便的对我们所设计的

3、电路进行仿真调试，验证所设计电路的合理性；最后，将研发成功的测控系统实际应用于车用汽油发动机的测试，取得了预期的效果。为研制发动机测控装置打下了基础。关键词 发动机测控平台；传感器；STC12C5A60S2 ； 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title: Engine control platform for multi-channel data acquisition systems AbstractEngines control platform for multi-channel data acquisition systems is a necessary measuring mean

4、s of engine dynamic and economic performance. The engine control platform whose measurement precision and degree of automatization can directly affect the test level of the engine performance is a necessary equipment of the engine performance test. In this paper, based on automated testing of Motor

5、provides automatic monitoring and control of the monitoring program with single chip microcomputer.This paper describes the development of Motor control instruments, A brief analysis of the principle for motor monitoring and control platform; then it need use the tools of the basic introduction to a

6、nalysis of signals which are collected, and then give engine control platform for multi-channel data acquisition .The overall program design; including the choice of sensors, signal conditioning circuit design. STC51 series microcontroller core which are used to build the system hardware, greatly si

7、mplify the hardware development. It mainly related to the filter circuit, signal conditioning circuit, amplifier circuit, power supply circuit, interactive circuit and communication circuit design. Development tools include hardware design tools (Protel DXP & Proteus), MCU debugging tools (Keil & ST

8、C_ISP), Protel DXP which can help us quickly to design the circuit and draw PCB, Proteus which can be easily designed our circuit Simulation testing and to verify the reasonableness of the circuit design;Finally, Control system will be successfully developed the practical application of testing of g

9、asoline engine. I achieved the desired results. Make the development of the foundation for engine monitoring and control devices.显示对应的拉丁字符的拼音字典1. 名词1. engine2. motor朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典1. 名词1. engine2. motorKeywords: The Engine Control Platform Sensors STC12C5A60S2目次第一章 绪论31.1 课题研究背景31.2 发动机测控仪器的发展31.3

10、发动机测控台架的介绍31.4 发动机功率测量3第二章 基础知识简介32.1 RS232串口通信基本知识32.1.1 RS232的介绍32.1.2 RS232串口接线方法32.1.3 RS232的缺点32.2 STC12C5A60S2系列单片机32.2.1 STC12C5A60S2系列单片机的简介32.2.2 STC12C5A60S2系列单片机的内部结构32.2.3 STC12C5A60S2单片机的管脚图32.3 模拟量采集处理32.3.1 模拟量输入通道的组成32.3.2 信号调理32.3.3 采样/保持32.3.4 AD基础知识32.3.5 测量数据的预处理32.3 protel 2004的

11、基本知识32.4 Keil的基本知识32.4.1 系统概述32.4.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构32.4.3 优点3第三章 发动机测控平台多通道数据采集系统设计总体方案33.1 测控参数的确定33.2 发动机测控平台多通道数据采集系统的总体结构33.3 系统基本功能分析33.3.1 实时采集数据33.3.2 数据预处理33.3.3 与上位机通讯3第四章 发动机测控平台多通道数据采集系统硬件设计34.1 引言34.2 单片机最小系统设计34.2.1 单片机最小系统的电路图34.3 串口通信电路设计34.3.1 设计需求34.4 供电电源电路34.5 模拟量的采集电路34.5.

12、1 传感器的选择34.5.2 转速采集模块34.5.3 扭矩信号处理模块34.5.4 温度信号采集处理模块34.5.5 励磁电流信号采集电路34.5.7 本章小结3结论3致谢3参考文献3第一章 绪论1.1 课题研究背景发动机测试技术是汽车测试技术的一个重要组成部分，也是最复杂的一个部分。进行发动机测试时，一般都在专用的试验台上进行，称为发动机试验台架，测试时通过一些专用的连接装置将发动机固定到试验台架上并接上所需的电、气、水、油和所需的仪器后进行测试。衡量发动机动力性和经济型的指标主要有：功率、扭矩、转速、燃料消耗等，在发动机常规性能试验中测量的参数有发动机的功率、扭矩、转速、排气温度和压力、

13、冷却水的进出口温度等。发动机的各种参数通过各种类型的传感器实时测量，现代高水平的实验室可同时测量上百个参数，有些参数可直接测量得到，有些参数需根据测量到的参数和公式进行计算得出。作为微型计算机应用技术的一个重要分支数据采集与处理技术，集传感器、信号采集与转换、计算机等技术于一体，是获取信息的重要工具和手段。计算机技术的飞速发展和普及，使得数据采集系统也迅速地得到发展和应用。发动机运行工况下各种参数的测量，包括转速、机油温度、进排气温度、冷却水温度、进排气压力、发动机输出功率等，对于监控发动机工作，了解其是否正常，以及进一步发现问题，提高性能都是极其重要的。目前实验室里对这些参数的测量主要使用测

14、功机改变发动机的运行状况，然后用传感器将上述非电量转化为电量，用数据采集卡，通过微控制器，将数据发送到上位机。1.2 发动机测控仪器的发展发动机测控仪器的发展经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器、虚拟仪器四个阶段。模拟仪器的基本结构是电磁机械式的，采用模拟器件组成各种电路，精度低、速度慢；而数字化仪器如数字转速表等，主要由数字电路来实现，在测试精度、速度和仪器寿命等方面都比模拟仪器有较大的提高。随着数字信号处理技术及大规模集成电路的发展，出现了以微机为核心的智能仪器，但由于其是以功能模块的形式存在的，无论开发还是应用，都缺乏灵活性。20世纪80年代后期，微机性能得到极大提高，面向测试分析的通用

15、软件开发平台的成功应用，使得虚拟仪器应运而生。利用虚拟仪器技术，用户可以自定义仪器的功能，创建编译程序，从而提高了常规数据采集和测试等任务的运行速度。1.3 发动机测控台架的介绍发动机功率测控台架是进行发动机性能试验的主要设备，集数学运算、自动控制、信号处理、人工智能、电子技术等各种现代科学技术于一体，可以获得大量的测试值，根据需要进行实时监控和图形显示，提供了很好的数据处理功能，测量进度和控制精度都有了很大的提高。1.4 发动机功率测量国内院校及研究单位从我国国情出发先后开发了不少微机数据采集分析系统：如上海交通大学的DL902内燃机高速数据采集系统、上海内燃机研究所的EAS900、EAS9

16、50发动机分析系统、江苏理工大学JXX型内燃机数据分析系统、天津大学天津内燃机研究所的发动机台架试验的微机数据采集系统。相比之下，国外的微机化的测试分析系统较为系统化和商品化，如AVL617，美国国际动力能源公司的PEI系列等。国内测量与分析技术的研究起步比国外晚，与国外水平相比，主要差距在于数据采集的准确性、快速性，分析处理功能的全面性，使用的方便和可靠性等方面。而这些也正是目前国内内燃机测量与分析技术的难点。发动机功率的测量公式如下所示式中：P为发动机输出功率（kw）；M为扭矩；n为发动机转速；w为发动机转动的角速度。 可见在发动机功率测量中，扭矩M和转速n是基本的物理量，而扭矩对功率测量

17、精度的影响很大。本测控系统中，扭矩量的测定精度要求比较高，因为扭矩的微弱变化正反映了所测发动机输出功率的大小，而发动机输出功率的大小是发动机生产者和使用者共同最关心的问题，因此扭矩的测量要求精确。扭矩测量的方法是电涡流测功机产生制动转矩。该转矩通过外环及传动力臂传至测力装置上，由称重传感器将力的大小转换成电信号输出，从而达到测转矩的目的。这种称重传感器比一般的扭矩传感器要便宜很多，可以降低成本，而且这种压力传感器的安装很方便，测量精度也可以满足要求。发动机测控系统根据测控具体功能需求和实际条件，由测控单片机、调度管理计算机构成两级计算机系统。主要包括两个系统的开发，其一是下位机系统开发，主要是

18、与单片机相关的软件硬件开发。在进行一些控制系统和监控系统的开发时，单片机一般作为首选目标。其体积小、功能强、效率高，实时性强，在实用化、产品化时可发挥很大的优势：其二是上位机系统的开发，在上位机上开发软件主要进行测控系统的总体调度、数据处理。测控单片机和管理计算机采用串口通讯进行数据交换。第二章 基础知识简介2.1 RS232串口通信基本知识2.1.1 RS232的介绍RS-232是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。RS-232C标准（协议），其中EIA（Electronic Ind

19、ustry Association）代表美国电子工业联盟RS（Recommended standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969年），在这之前，还有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。其他常用物理标准还有EIA-RS-422-A、EIA-RS-423A、EIA-RS-485。目前在IBMPC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。RS-232对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。RS-232C 标准（协议）的全称是 EIA-RS-232C 标准，其中EIA (Electronic

20、Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（recommeded standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA RS-422A、EIA RS-423A、EIA RS-485。 这里只介绍EIA RS-232C（简称232，RS232）。 例如，目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。2.1.2 RS232串口接线方法（1）目前较为常用的串口是9针串口（DB9。通信距离较近时(

21、12m)，可以用电缆线直接连接标准RS232端口；若距离较远，需附加调制解调器（MODEM）。（2）RS232C串口通信接线方法（三线制）接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接首先，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连；两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口）9针-9针25针-25针9针-25针2 3 3 2 2 2 3 2 22 3 3 5 5 7 7 5 7图2

22、.1上面表格是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接，就能百战百胜。串口调试中要注意的几点：不同编码机制不能混接，如RS232C不能直接与RS422接口相连，必须通过转换器才能连接；线路焊接要牢固，不然程序没问题，却因为接线问题误事；串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果；强烈建议不要带电插拔串口，插拔时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。（3）DB9接口三线引脚定义 2 - RXD接收数据 3 - TXD发送数据 5 - G

23、ND信号地（4）串行通信方式单工（Simplex Communication）模式的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。单工通信是指通信线路上的数据按单一方向传送.单工模式一般用在只向一个方向传输数据的场合。例如计算机与打印机之间的通信是单工模式，因为只有计算机向打印机传输数据，而没有相反方向的数据传输。还有在某些通信信道中，如单工无线发送等。 半双工通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此

24、半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。它实际上是一种切换方向的单工通信，就和对讲机 (步话机)一样。半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟。全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力，就和电话一样。在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，可在交互式应用和远程监控系统中使用，信息传输效率高。 （5）RS232逻辑电平逻辑0电平规定为+5+15V之间；逻辑1是电平为-5 -15V之间，因此在与单片机进行通信时

25、需要进行电平转换2.1.3 RS232的缺点（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。2.2 STC12C5A60S2系列单片机2.2.1 STC12C5A60S2系列单片机的简介STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低能耗/

26、超强干扰的新一代8051单片机，指令码完全兼容传统8051，但速度快812倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S,即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。1.增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统80512.工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）3.工作频率范围：035MHz，相当于普通8051的0420MHz4.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节5.片上集成1280字节RAM6.通用I/O口（36/40/44个）

27、，复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过20mA7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.有EEPROM功能（STC125A60S2/AD/PWM无内部EEPROM）9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M一下时，复位脚可直接1K电阻到地）11.外部掉电检测电路：在P4.6口有一个低压门槛比较器 5V单片机为1.32

28、V，误差为5%，3.3V单片机为1.30V，误差3%12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器（温漂为5%到10%以内）用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz 3.3V单片机为：8MHz12MHz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准13.共4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0/T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可实现2个16位定时器14.2个时钟输出口，可由

29、T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出P3.5/T1输出时钟15.外部中断I/O7口，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INTO/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCPO/P1.3(也可设置寄存器设置到P4.2)，CCP1/P1.4（也可通过寄存器设置到P4.3）16.PWM（2路）/PCA（可编程计数器阵列，2路） -也可用来当2路D/A使用 -也可用来再实现2个定时器 -也可用来再实现2个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持）17.A/D转换

30、，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通过全双工异步串行口（UART），由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件使用多串口19.STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2（可通过寄存器设置到P4.2），TxD2/P1.3（可通过寄存器设置到P3.4）20.工作温度范围：-40+85(工业级)/075（商业级）21.封装：LQFP-48，LQFP-44，LQIP-44,QFN-40 I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595(均可级联)来扩展I/O口，还可用A/D

31、做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU，三线通信，还多了串口。2.2.2 STC12C5A60S2系列单片机的内部结构STC12C5A60S2系列单片机中包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包括了数据采集和控制中所需要的所有单元模块，可称得上一个片上系统。如图2.2所示：图2.2 STC12C5A60S2系列内部结构图2.2.3 STC12C5A60S2单片机的管脚图图2.32.3 模

32、拟量采集处理2.3.1 模拟量输入通道的组成当被控对象的参数为模拟信号时，由传感器和检测电路采集到的信号经转换后仍是模拟信号，而且信号的输出比较小，不能直接送入计算机处理。所以在被控对象和计算机之间必须设置信息调理和转换的模拟信号输入通道，进行信号放大，滤波、A/D转换等工作。 图2.4表示一个多模拟信号输入通道的原理框图。由图可知，模拟信号输入通道一般由信号调理装置、多路开关、采样保持和A/D转换组成，它的任务是将传感器检测到的模拟信号，转换为计算机需要的数字信号。图 2.42.3.2 信号调理信号调理装置一般包括放大器、信号转换设备、滤波器等。（1）长引线补偿当电桥输出经长线引入计算机端时

33、，会产生引线误差。这时可采用三线接法，将引线A和B分别接在两个可以抵消的桥臂上，引线的常值误差和温度变化引起的误差均被补偿掉。（2）放大与偏移电路对于单纯的小信号，可以采用普通运算放大器进行放大，这两种电路都是先把输入电压偏移-2.5V，然后放大2.222倍后，即得到完全符合A/D转换器的010V的量程。这种将原始信号放大处理到与A/D相匹配的量程称为定度。注意：定都处理后，微型计算机在使用转换所得数据时要进行逆处理。（3）常用集成运算放大器和程控增益运算放大器在各通道共用一个程控增益运算放大器、采样/保持器和A/D的输入接口中，各种参数输入到放大器的信号电平不同，却又都要放大到A/D转换器的

34、输入标准电压，这就需要放大器能根据不同参数相应地改变增益。仪用放大器能有效分离共模干扰。2.3.3 采样/保持 传感器检测的模拟信号经过处理后仍是模拟量，要输入到计算机中，需要进行A/D转换。由于A/D转换过程需要时间，因此要求输入A/D转换器的信号在转换过程中保持不变，在A/D转换结束后，此信号又能随传感器的采集信号变化而变化；完成上述过程的器件称采样/保持器。 采样/保持器有两个主要功能是采样和保持。 采样是将模拟信号f(t)变为一串脉冲信号f*（t），采样的输出跟随模拟量输入变化。保持是保持采样时的信号不变，直到保持命令撤销为止，以便完成A/D转换。2.3.4 AD基础知识(1) A/D

35、转换器的分类按位数可分为8位、10位、12位、16位等。位数越多，分辨率越高，但价格也越贵。按结构可分为单一的A/D转换器、内含多路开关的A/D转换器、多功能A/D转换器（含多路开关、放大器和采样保持器）等。按转换方式可分为逐次逼近型，双积分型、V/F转换器等。（2）A/D转换器的主要技术指标（1）分辨率 输入量达到满量程时，能识别的最小的输入增量称为分辨率。常用满量程输入的1/2n。（2）转换时间完成一次模拟量到数字量转换所需的时间。(3) 线性误差 实际转换结果与理想线性结果的误差，常用LSB表示。（4）转换进度 转换结果相对于实际值得准确度。其误差一般由温度、环境等因素引起。2.3.5

36、测量数据的预处理2.3.5.1 线性化处理 先离线计算出采样数据与标准值得对应关系表即分度表，然后分段进行线性化，即用多段折线代替曲线。线性化过程，首先判断测量数据处于哪一折线段内，然后按相应段的线性化公式计算出线性值。也可以采用查表法求取温度值。2.3.5.2 标准变换方法（1）线性变换方式：这种标度变换的前提是参数值与A/D转换结果之间为线性关系，是最常用的变换方式。其公式如下式中，Y表示参数测量值；Ymax表示参数量程最大值；Ymin表示参数量程最小值；Nmax表示Ymax对应的A/D转换后的输入值；Nmin表示量程起点Ymin对应的A/D转换后的输入值；X表示测量值Y对应的A/D转换值

37、。（2）公式转换法:有些传感器测出的数据与实际的参数不是线性关系，它们有着由传感器和测量方法决定的函数关系，并且这些函数关系可由解析式表示，这是我们可采用直接按解析式来计算。 2.3.5.3 系统误差的自动校准 系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值（包括大小符号）保持恒定，或按某种已知的规律变化的误差。 系统误差的自动校准分为（1）全自动校准：全自动校准由系统自动完成，不需人的介入。该电路的输入部分加有一个多路开关。系统在刚上电时或每隔一定时间时，自动进行一次校准。这时，先把开关接地，测出这时的输入值x0，然后把开关接在VR，测出输入值x1，并存放x1，x0，在正式测量时，如测出

38、的输入值为x，则这时的V可由下式计算得出：采用这种方法测得的V与放大器的漂移和增益变化无关，与VR的精度也无关。这样大大提高测量精度，降低对电路器件的要求。（2） 人工自动校准：人工自动校准的原理与全自动校准差不多。只是现在不是自动定时校准。而是由人工在需要时接入标准的参数进行校准测量，把测得的数据存储起来，供后使用。2.3 protel 2004的基本知识Protel 2004 是Altium公司最新一代全线的桌面板级系统。Protel 2004 运行在优化了的设计浏览器的平台上，并且具备了当今所有先进的设计特点，以便应对各种复杂的PCB设计过程。通过把设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动

39、布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合在一起，Protel 2004 为用户提供了全线的设计方案。Protel 2004 的特点如下：（1）整合式的零件与零件部 (2) 版本控制（3）多重组台的设计（4）重复式设计（5）工程管理（6）多屏幕显示技术（7）设计整合Protel 2004 使用进行设计的流程图如图2.5所示。图2.5原理图的具体设计步骤如下。1.新建原理图文件。在进入原理图的设计系统之前，首先应对需要制作的原理图进行详细的构思，应该知道所设计的项目需由哪些电路来完成，然后使用protel 2004画出电路原理图。2.设置工作环境。应根据实际电路的复杂程度来设置图纸的大小。在进行电

40、路设计的过程中，对图纸的大小可以根据实际的需要不断地进行调整。3.放置元件。从元件库中选取元件，布置到图纸中的合适位置，并对元件的名称、封装进行定义和设定，然后根据各个元件的分布走线等关系对元件在图纸中的位置进行调整。另外也可采用适当的工具对图纸进行美化操作。4.原理图布线。根据实际电路的需要，利用原理图所提供的工具和指令对电路进行布线，将工作窗口中的器件用能反映元件工具且具有电气意义的导、符号等连接起来，从而构成一幅完整的电路原理图。5.建立网络表。完成了上面的步骤以后，就可以看到一张完整的电路原理图。6.原理图电器检查。当完成了原理图的布线后，还需要设置Project Option来编辑当

41、前项目，利用Protel 2004 提供的错误检查报告信息重新修改原理图。7.编辑和调整。如果原理图已通过电器检查，那么原理图的设计就完成了。这是对于一般的电路设计而言。而对于较大的项目工程，通常需要对电路进行多次的联查和修改才能够通过电气检查。8.存盘和报表输出。Protel 2004 提供有利用各种报表工具生成的报表（如网络表、元件清单等）功能，同时也可以对设计好的原理图和各种报表进行存盘、输出以及打印等工作，从而为生成印刷板电路做好准备。2.4 Keil的基本知识2.4.1 系统概述 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，

42、只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。 2.4.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 C51工具包的整体结构，Vision与shell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生

43、成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 使用独立的Keil仿真器时，注意事项 （1）仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 （2）仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 （3）仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31

44、脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。2.4.3 优点Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。第三章 发动机测控平台多通道数据采集系统设计总体方案3.1 测控参数的确定发动机是一个复杂系统，其测试也相应的涉及诸多物理量及化学量。对这些表征发动机工作状况的参数的测量及控制，不仅可以使我们对其性能有正确的了解，而且可以发现存在的问题，对发动机设计及改良做出指导，甚至有些时候可以发现零部件故障，提高产品的可靠性。鉴于其重要性，首先简单介绍一下发动机测试项目。序

45、号 测试项目 1 转速2 扭矩3 冷却水温pt1004 排气温度K5 励磁电流3.2 发动机测控平台多通道数据采集系统的总体结构在机械工程上，为了获得有关研究对象的状态、运动和特征等方面的信息，就要选择合适的测量仪表组成检测系统，采用一定的检测方法和控制方式进行测量和控制。对于一个测控平台通常是由单片机、传感器、传感器信号的处理电路及测量装置、记录及显示装置和实验结果的分析处理装置等组成。传感器将被测对象的某种信息采样出来，并将其转换成电信号。由于它处于系统的输入端，所以它的性能直接影响着整个检测系统的工作可靠性。传感器的处理电路，其作用是将传感器出来的非标准信号转换成能直接被单片机处理的信号，例如把正弦波转换为标准方波，电流转换成电压等。在本系统中所有的模拟量测量都要经过上述过程的转化后，信号才能进入单片机系统。发动机的待测量参数在上一小节已经详细列出。总体设计模块框图如图3.1所示。 图3.1 总体设计框图3.3 系统基本功能分析3.3.1 实时采集数据 能实时将传感器得到的不标准的信号通过信号处理电路转换为单片机能识别的标准信号。进行财3.3.2 数据预处理（1） 数据预处理技术传感器的选取是保证采集数据准确的首要保证，不同类型的传感器所输出的信号类型、信号幅度也是多种多样的，如转速传感器输出为正弦波信号、称重传感器输出为电压信号、油门开度电位器输出为电压信号、霍尔电流