摘 要

随着现代汽车电子化的程度越来越高，更多的汽车电子产品被开发出来。然而在电子产品开发和检测过程中，故障信号注入操作麻烦，一定程度上影响了电子产品的研发效率。本课题针对这个实际工程问题，开发了一款汽车电控系统的故障注入装置。

本装置采用8051单片机进行控制和串口通信，主要由两部分组成：一是基本继电器的信号断路与短路故障注入电路，基于步进电机的电压和电流故障注入电路。单片机通过A/D转换模块和串口实现与上位机软件的通信，实现了硬件和软件的接合。本装置采用了步进电机带动电位器的方案，两者之间通过齿轮啮合连接，既增大了步进电机的扭矩又提高了调节电位器的精度。

本课题完成了故障注入装置的样机制作。该样机由故障注入电路板、步进电机控制模块和TX-1C实验板三部分组成。其中故障注入电路板是实现断路、短路、电压和电流信号发生的外围电路。步进电机控制电路模块是专门负责步进电机的控制电路，可以实现步进电机的10级调速和正/反转控制。TX-1C实验板具有A/D转换和串口通信的功能，实现单片机与计算机的数据传输。经实验测试，该样机可以较好地实现故障注入的功能，包括实现断路、短路、0-5V电压和0-0.37mA电流信号的故障注入，其中步进电机10级调速的设计可以满足快调和微调电压值的要求。

关键字：汽车电子；故障注入；步进电机；单片机

Abstract

As the modern automotive car contains more and more electronic device, more automotive electronics products have been developed. However, in the electronic product development and testing process, error signals injector is troublesome, which to some extent affected the efficiency of research and development of electronic products. This issue developed a fault injection device of automotive electronic control system aiming at this practical engineering problem.

This device used a 8051 MCU for control and serial communication, mainly consists of two parts: the first is open circuit and short circuit fault signal injection circuit based on relays, the second is voltage and current fault signal injection circuit based on stepper motor. The MCU can communicate with the PC software through the A/D converter module and a serial port, which achieves the joint of hardware and software. This device used a stepper motor to drive the potentiometer, which are connected by a pair of gears. This design not only increases the torque but also improve the accuracy of the adjustment potentiometer.

This issue completed the prototype of the error signals injector. The prototype consists of the error injection circuit board, stepper motor control module and TX-1C test board. The error injection circuit board is the peripheral circuit that can generate short circuit, voltage and current signal. Stepper motor control circuit module is responsible for stepper motor control, which can adjust 10-level speed and control forward/reverse. TX-1C test board has a function of A/D conversion and serial communication, which enables the data transmission between the MCU and the PC software. The experimental results show that the prototype can achieve better the function of error injection, including injecting open circuit signal, short circuit signal, 0-5V voltage signals and 0-0.37mA current signals. And the design of 10-level speed can meet the fast adjust and fine tuning voltage requirements.

Key Words：Automotive Electronics; error injection; stepper motor; MCU

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 研究的主要内容和预期目标 3

1.3.1 主要内容 3

1.3.2 预期目标 3

第2章 装置基本原理和硬件组成 4

2.1 故障注入基本原理 4

2.1.1 故障注入技术 4

2.1.2 汽车电控系统常见信号 5

2.2 装置硬件组成 5

2.2.1 单片机 6

2.2.2 串口通信 7

2.2.3 继电器 10

2.2.4 步进电机 12

2.2.5 电位器 13

2.2.6 独立键盘 14

2.2.7 A/D转换器 15

2.3 本章小结 17

第3章 装置硬件的设计与制作 18

3.1 基于继电器设计信号断路和短路故障注入电路 18

3.2 步进电机控制电路的设计 20

3.3 基于步进电机的电压和电流故障注入电路 21

第4章 控制程序的设计与说明 23

4.1 A/D转换模块程序设计 23

4.2 串口通信程序设计 26

4.3 步进电机控制程序设计 28

第5章 故障注入装置的演示与说明 29

5.1 装置使用说明 29

5.2 断路故障注入 30

5.3 短路故障注入 32

5.4 电压故障注入 33

5.5 电流故障注入 35

第6章 总结与展望 36

6.1 创新点归纳 36

6.2 研究总结 36

6.3 不足与展望 37

参考文献 38

致谢 39

第1章 绪论