基于STC12LE5A60S2单片机的负气压平衡仪系统设计

候昭垒　白洪彦

摘 要：为了满足对负压平衡性检测的需求，文章提出了一种基于STC12LE5A60S2的负压平衡性的检测系统设计方案，并完成了该系统的检测和显示设计。该系统的检测部分主要由四个定制的负气压传感器采集负气压输入信号，显示部分采用了4.3英寸的TFT液晶屏，通过显示对应的柱状图来表征各路压力的平衡性。实际应用表明，该系统具有操作简便、测试准确、显示直观的特点，达到了设计要求。

关键词：负气压；平衡仪；STC12LE5A60S2；压力输入；显示直观

引言

自汽车诞生以来，汽车维修业便一直伴随着汽车工业的发展而成长。汽车维修业已成为交通运输业必不可少的服务性支柱与保障。近年来，汽车科技和电子技术的迅猛发展使得汽车电子化的进程日益加快。各种高新技术的出现对提高汽车的安全性、平顺性、可靠性和舒适性等各项技术性能起到了极大的促进作用。与此同时，与之关系紧密的汽车维修业也受到前所未有的压力和挑战。最终，相应的高新技术将汽车维修行业的方方面面武装起来，从而推动汽车维修业的发展进步[1]，这使得以高科技为核心的汽车电子行业蓬勃发展。为了快速直观的检测汽车气缸负压的平衡性，文章基于宏晶单片机科技有限公司的STC12LE5A60S2单片机[2]结合定制的压力传感器HM9100[3]和4.3英寸TFT彩色液晶屏提出了负气压平衡仪系统（以下简称“平衡仪系统”）设计方案。经实际检测与试验，该系统能够精确检测汽车气缸负气压的平衡性。

1 系统需求分析

为满足采集汽车气缸四个负气压检测口同时检测其负压的平衡性的要求，必须采用四个定制的负气压传感器同时接在汽车四个负气压接口位置，并保证四个传感器与汽车气缸的距离相等。结合STC12LE5A60S2、HM9100压力传感器和4.3寸TFT液晶屏的电气特性，经过分析得到STC12LE5A60S2的输入/输出信号共分为以下两部分：4路来自HM9100的输入模拟信号和21路的输出显示信号，其中包括8路液晶屏行信号，8路液晶屏列信号，1路行选信号，1路列选信号，1路复位信号，1路写控制信号，1路读控制信号和1路复位控制信号。

2 系统总体设计

该系统结构中，4路模拟信号采集接口电路负责采给外部压力传感器提供5V工作电压并采集外部传感器的模拟电压信号输入，4路模拟信号电压跟随电路对采集到的模拟电压信号进行跟随和放大信号电流，再经过4路模拟信号电压转换电路把采集到的0V～4.9V线性地转换到0～2.45V后输入到STC单片机的ADC采集IO口上，STC单片机采集并计算输入的模拟电压信号后输出到4.3寸TFT液晶屏上以柱状图的高度来显示各路电压信号的大小以供比较参考。对于12V到5V的电压转换电路，文章设计采用了CTY78L05三端稳压芯片；对于12V到3.3V的电压转换电路，文章设计采用了LM2576S-3.3电压转换芯片。

3 系统硬件电路设计

3.1 系统核心部分电路设计

该系统的设计核心部分采用宏晶科技的STC12LE5A60S2单片机，该单片机具有但不限于以下性能及特点[2]：

高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快6-12倍；宽电压：2.1-3.6V；低功耗设计：空闲模式（可由任意一个中断唤醒）；工作频率：0～35MHz，相当于普通8051的0-420MHz；60K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上；1280字节片内RAM数据存储器；大容量片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上；ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器；8通道10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM还可作2路D/A使用；2个16位定时器（兼容普通8051定时器T0/T1），2路PCA可再实现2个定时器；硬件看门狗（WDT）；双串口，全双工异步串行口（UART），兼容普通8051串口，分时复用可作3组使用； 先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；通用I/O口（PLCC44封装）40个。

STC12LE5A60S2的引脚分布，文章系统设计使用该单片机的P1.0-P1.3口的第二功能即ADC0～ADC3做模拟电压信号的采集和转换，使用P0口做液晶屏列选数据线，使用P2口做液晶屏行选数据线，使用P1.4、P1.5、P1.6、P3.6及P3.7做液晶屏的时序及读写控制数据线，P3.0/RxD和P3.1/TxD做在线编程下载接口，采用外部高速晶体振荡时钟电路[4]。

3.2 系统电压转换电路设计

系统供电电压为12V，需要经过电压转换后才能供给STC单片机、TFT液晶屏和传感器接口使用。此外，还需要把传感器的输入电压经过线性变换成0-3.3V范围以内的电压后才能接入到单片机的ADC采集接口。

4 系统硬件编程设计

结合系统硬件电路设计，在Keil uVision 3开发环境下对51单片机进行编程以实现所需要的采集和显示功能。

负气压平衡仪系统中的单片机自系统上电初始化后检测模拟信号输入，等待ADC接口的中断。如果有模拟信号输入触发ADC接口中断，则系统采集压力传感器的电压，经过计算电压对应的液晶屏像素高度后在液晶屏上用柱形显示，然后观察比较四个柱形高度即可判断汽车气缸的四个气压检测口是否平衡。

5 实验应用

该平衡系统用于某型汽车气缸的负气压平衡性检测。在进行测试时，首先把四个定制的负气压传感器通过同等长度的橡胶软管连接到气缸负压检测接口，把四个传感器按照预定的顺序和编号连接到系统电路板的信号采集接口，然后给系统电路板上电，液晶屏点亮后启动汽车，观察并比较液晶屏上对应的柱形的高度，将得到的结果与汽车4S维修内检修系统的结果进行比较。如果比较结果不正确，需要进行ADC值转换校准后重新进行检测。通过实际应用发现，该平衡系统测试结果准确、稳定可靠、显示直观易懂。

6 结束语

该平衡系统采用具有10位高速AD采集转换的STC12LE5A60

S2单片机作处理器，并采用模块化设计思想，提高了系统的可靠性和维护性。该平衡系统已用于某汽车4S维修店内汽车气缸负气压平衡性测试，实际应用表明该测试系统具有测试准确、稳定可靠、结果显示直观易懂等特点，达到了设计要求。

参考文献

[1]万睿哲，庄建峰.汽车维修发展趋势[J].汽车运用，2012（5）：31.

[2]姚永平，等.STC12C5A60S2系列单片机指南[Z].2013.

[3]张锟，刘铁辉.深圳恒敏传感科技有限公司HM9100规格书[Z].