精品資料（2021-2022年收藏的）汽車電子式組合儀表的研制

1、汽車電子式組合儀表37汽車電子式組合儀表的研制摘要汽車儀表盤集中了全車的儀表，它好象一扇窗,是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的重要接口和界面。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，汽車中各種系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)日趨復(fù)雜，汽車行駛和各部分工作狀況的信息量顯著增加。同時(shí)，出于對汽車環(huán)保、安全性、經(jīng)濟(jì)性、智能化要求的提高，汽車駕駛員需要更多、更迅速地了解汽車運(yùn)行的各種信息，使得汽車電子儀表向信息顯示中心發(fā)展，它是駕駛員信息系統(tǒng)重要的組成部分。儀表顯示的直觀與美觀使得駕駛不但是代步之必需，也成為舒適生活的一部分，而參數(shù)傳達(dá)的準(zhǔn)確與可靠性則直接關(guān)系到汽車行駛的安全。汽車電子儀表代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械或電氣機(jī)械式模擬儀表已成為發(fā)展的趨

2、向。不同汽車儀表盤的儀表不盡相同，但是一般汽車的常規(guī)儀表有車速表、轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，作為汽車電子的重要部分的儀表盤也日新月異。從古老的機(jī)械式儀表盤到現(xiàn)在最新的全電子式儀表盤，技術(shù)在不斷發(fā)展，儀表盤在穩(wěn)定性提高的同時(shí)也提升了其觀賞性。液晶屏的大量使用使得儀表盤所展示的車輛信息絕不是機(jī)械式儀表可以比擬的，豐富的信息提高了駕駛舒適性的同時(shí)也增加了駕駛安全。關(guān)鍵詞：汽車儀表；單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集Development of Automotive Electronic Combination MeterABSTRACTCar dashboard on th

3、e car, it is like a window, and car driver interface and the important information communication interface. Along with the development of modern automobile industry and the development of electronic technology, auto of systems and institutions is complicated, vehicle parts and working conditions of

4、information increased significantly. At the same time, for safety, environmental protection, automobile, intelligent, car driver needs more and more cars run quickly understand all kinds of information, automobile electronic instrument to display information center, it is a pilot information system

5、is an important part. The intuitive and beautiful instrument shows that not only, also be the necessary abraao, part of a comfortable life and convey accurate and reliability parameters is directly related to the vehicle's safety. Automobile electronic instrument instead of conventional mechanic

6、al simulation of mechanical or electrical meter has become the development trend.Different car dashboard appearance, but the same routine instrument have speed, speed, temperature, pressure, oil, fuel oil, charging table, etc. With the continuous development of auto industry, automobile electronics

7、as an important part of the panel also with each passing day. From the ancient to the latest panel mechanized panel, the electronic technology in the unceasing development, improve the stability in the dashboard raised its appreciation. The wide use of LCD panel shows that the vehicle information is

8、 no mechanical instrument can match, abundant information to improve the driving comfort also increase the driving safety.Key words: automotive meter; MCU; data collect目錄1汽車儀表設(shè)計(jì)概述12汽車電子式儀表硬件設(shè)計(jì)32.1汽車電子式儀表主控芯片32.2汽車電子式儀表電源輸入及檢測62.2.1儀表電源的設(shè)計(jì)62.2.2 IGN檢測72.3數(shù)字與模擬輸入信號處理82.3.1數(shù)字類輸入信號82.3.2模擬類輸入信號92.4汽車電子式

9、儀表通訊的實(shí)現(xiàn)112.4.1汽車網(wǎng)絡(luò)簡介112.4.2儀表系統(tǒng)中采用的CAN網(wǎng)絡(luò)122.5汽車電子式儀表的機(jī)械型顯示142.6汽車電子式儀表的數(shù)字型顯示162.6汽車電子式儀表的里程數(shù)據(jù)存儲172.6汽車電子式儀表的聲音指示193汽車電子式儀表軟件設(shè)計(jì)203.1 主程序的設(shè)計(jì)213.1.1 初始化模塊213.1.2 主程序模塊213.1.3 中斷處理模塊223.2數(shù)據(jù)采集及處理模塊233.2.1 脈沖采樣處理模塊233.2.2輸入模擬信號處理253.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)264系統(tǒng)電路板設(shè)計(jì)284.1電路板設(shè)計(jì)制作工具284.2系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)294.2.1 電路原理圖設(shè)計(jì)294.2.2 PC

10、B設(shè)計(jì)32總結(jié)35參考文獻(xiàn)36致謝37附錄A 儀表盤實(shí)物圖381汽車儀表設(shè)計(jì)概述汽車儀表盤集中了全車的儀表，它好象一扇窗，顯示了汽車的工作狀況，是人和汽車的交互界面，為駕駛員提供所需的汽車運(yùn)行參數(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件。儀表顯示的直觀與美觀使得駕駛不但是代步之必需，也成為舒適生活的一部分，而參數(shù)傳達(dá)的準(zhǔn)確與可靠性則直接關(guān)系到汽車行駛的安全。不同汽車儀表盤的儀表不盡相同，但是一般汽車的常規(guī)儀表有車速表、轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，作為汽車電子的重要部分的儀表盤也日新月異。從古老的機(jī)械式儀表盤到現(xiàn)在最新的全電子式儀表盤，技術(shù)在不斷發(fā)

11、展，儀表盤在穩(wěn)定性提高的同時(shí)也提升了其觀賞性。液晶屏的大量使用使得儀表盤所展示的車輛信息絕不是機(jī)械式儀表可以比擬的，豐富的信息提高了駕駛舒適性的同時(shí)也增加了駕駛安全?，F(xiàn)代汽車上，汽車儀表還需要裝置穩(wěn)壓器，專門用來穩(wěn)定儀表電源的電壓，抑制波動(dòng)幅度，以保證汽車儀表的精確性。另外，大部分儀表顯示的依據(jù)來自傳感器，傳感裝置根據(jù)被監(jiān)測對象的狀態(tài)變化而改變其電阻值，通過儀表表述出來?，F(xiàn)代儀表最突出的特點(diǎn)是功能的模塊化，通常要組裝一塊儀表，只需將幾個(gè)功能模塊在定制PCB的基礎(chǔ)上聯(lián)合起來，就可以得到一個(gè)完整的系統(tǒng)。長安等經(jīng)濟(jì)型汽車的指針儀表一般為獨(dú)立的模塊，提示/報(bào)警功能由PCB上的LED完成。目前的汽車儀表

12、尚以機(jī)械式為主，通訊方式以線束為主。這種模式最大的弊病是過于依賴線束，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜。對汽車儀表而言，使用電子式儀表板較之傳統(tǒng)儀表的優(yōu)勢在于：·硬件功能的軟件化：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的處理速度越來越快。一些實(shí)時(shí)性要求高，原本由硬件完成的功能，就完全可以通過對微處理器編程來實(shí)現(xiàn)。·系統(tǒng)集成度大大提高：在大規(guī)模集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的今天，集成電路的密度越來越高，體積越來越小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能也越來越強(qiáng)大。隨著儀表的部分功能硬件不斷地被軟件取代，整個(gè)系統(tǒng)的集成度也在相應(yīng)提高。我國的汽車工業(yè)起步較晚，目前還落后于發(fā)達(dá)國家比較遠(yuǎn)的距離。我國大部分國產(chǎn)汽車的儀表盤還是需

13、要改善，以更大的勁頭追趕國外的技術(shù)。我國對電子式組合儀表盤還使用得較少的主要因素之一是技術(shù)不夠成熟，很多車廠寧愿使用老技術(shù)但能有更好的穩(wěn)定性，也節(jié)省了開發(fā)調(diào)試時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期，提高競爭力。但是如果能采用新型的電子式組合儀表，所生產(chǎn)的汽車檔次能提升不少，帶液晶顯示屏儀表盤的汽車可不是機(jī)械儀表盤汽車所能比擬的。所以擁有電子式組合儀表的汽車市場競爭力有更大的提高。汽車儀表盤已經(jīng)從傳統(tǒng)意義的指示功能開始轉(zhuǎn)到更加注重使用感受，目前國際上某些高端車型已經(jīng)使用了大面積LCD進(jìn)行全車身信息的展示，甚至出現(xiàn)了背投技術(shù)的儀表盤。儀表盤再也不是幾個(gè)表加上幾個(gè)指示燈的簡單汽車部件，而是一塊高新的技術(shù)構(gòu)成電子化控制板

14、，所擁有的功能可是日新月異地發(fā)展。目前國內(nèi)也有很多人在研究開發(fā)汽車儀表盤，為我國的汽車工業(yè)發(fā)展為做艱苦奮斗，全力追趕歐美發(fā)達(dá)國家的腳步。隨著新型技術(shù)的進(jìn)入，我國的開發(fā)研究也取得了很大的進(jìn)步，各種高端儀表盤都已經(jīng)涌現(xiàn)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于Freescale單片機(jī)的汽車組合儀表板。面向的是目前市場上占主流地位的傳統(tǒng)汽車，并引用長安車的儀表為模板，目的主要在于實(shí)現(xiàn)一個(gè)汽車組合電子儀表板的低端方案。設(shè)計(jì)概述：本方案的對象主要包括車速、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、里程、時(shí)間以及一些提示/報(bào)警燈信號，分別體現(xiàn)在車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、油壓表、水溫表（指針）以及里程表上。其中，里程表定時(shí)記錄車速信號，在行車時(shí)間內(nèi)做數(shù)值積分

15、，得到行駛公里數(shù)，作為里程保存在用戶Flash中。定時(shí)（1s）對里程數(shù)據(jù)做累加。數(shù)據(jù)通信使用了發(fā)展前景非常好的CAN總線通信，保證的高速通信的同時(shí)又有極好的可靠性。本儀表盤采用新型的汽車用步進(jìn)電機(jī)，帶有1：180的減速比，能非常準(zhǔn)確地指示。同時(shí)儀表盤全部采用LED進(jìn)行照明，可以通過非常低的功率達(dá)到非常好的照明效果。2汽車電子式儀表硬件設(shè)計(jì)硬件是系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，只有正確的硬件設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求。汽車儀表的最基本功能需求是指示作用，通過指針、蜂鳴器、指示燈、液晶顯示屏等方式實(shí)現(xiàn)。本電子式儀表系統(tǒng)的指示系統(tǒng)由四個(gè)指針表、一個(gè)蜂鳴器、一塊液晶顯示屏及若干LED指示燈構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)汽車儀表的基本及部分?jǐn)U

16、展指示功能。2.1汽車電子式儀表主控芯片新型的電子式儀表相比以前的機(jī)械式儀表最大的不同就是采用了至少一塊高性能的主控芯片，控制整個(gè)儀表盤的大部分模塊的工作。飛思卡爾公司（原摩托羅拉公司半導(dǎo)體部）擁有完整的汽車芯片生產(chǎn)線，其中針對汽車儀表盤的芯片有MC9S12H系列及MC9S12XH系列，MC9S12H系列是飛思卡爾公司針對低端市場開發(fā)的主控芯片，主要面向中國印度等市場，MC9S12XH系列則針對中高端市場，通過集成的XGATE能非常容易實(shí)現(xiàn)大尺寸液晶顯示屏的控制。在本設(shè)計(jì)中將采用MC9S12HY64作為主控芯片，飛思卡爾(Freescale)半導(dǎo)體是日前推出經(jīng)濟(jì)高效的16位微控制器系列，專為入

17、門級汽車的電子儀表板而設(shè)計(jì)。入門級汽車應(yīng)用是汽車業(yè)發(fā)展最為迅速的一個(gè)細(xì)分市場。作為飛思卡爾陣容不斷擴(kuò)大的16位MCU系列的最新成員，新S12HY系列集經(jīng)濟(jì)實(shí)用的16位性能和最佳片上功能于一身，非常適合于新興汽車市場中成本敏感型儀表板應(yīng)用。S12HY MCU提供了最適宜的片上集成度，實(shí)現(xiàn)了從新興市場中仍在使用的機(jī)械解決方案向現(xiàn)代機(jī)電儀表板的遷移。由于幾乎不需要離散組件，該器件的高度片上集成能夠幫助降低系統(tǒng)成本。集成的液晶顯示器驅(qū)動(dòng)能夠?yàn)榛贚CD的儀表板支持高達(dá)160個(gè)分段。該器件的片上步進(jìn)電機(jī)控制器最多能驅(qū)動(dòng)4個(gè)計(jì)量儀，實(shí)現(xiàn)速度計(jì)、轉(zhuǎn)速計(jì)及其他模擬計(jì)量儀的精確逐步控制。此外，MCU還有一個(gè)控制

18、器區(qū)域網(wǎng)(CAN)模塊，能夠簡化引擎與儀表盤之間的數(shù)據(jù)通信。S12HY MCU的主要特性：·帶有32 MHz總線的HCS12 CPU內(nèi)核 ·片上內(nèi)存:帶有ECC的高達(dá)64KB的閃存;帶有ECC的4KB數(shù)據(jù)閃存;4KB SRAM ·集成的LCD驅(qū)動(dòng)，可配置最多40×4(共160分段)·帶有4個(gè)計(jì)量儀驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)控制器·可擴(kuò)展控制器區(qū)域網(wǎng)(MSCAN)模塊(支持CAN 2.0A/B)·帶有內(nèi)部過濾器的鎖相環(huán)(PLL)倍頻器·兩個(gè)帶有I/O通道的定時(shí)器模塊，能夠提供各種16位輸入捕捉、輸出對比、計(jì)數(shù)和脈沖累加器功能&#

19、183;帶有最多8個(gè)8位通道的脈寬調(diào)制模塊(PWM) ·高達(dá)8通道、10位分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器·串行外設(shè)接口(SPI)模塊·串行通信接口(SCI)模塊，支持LIN 2.0、2.1和SAE J2602通信 ·內(nèi)部集成電路(I2C)模塊·片上電壓調(diào)節(jié)器(VREG)，用于調(diào)節(jié)輸入電源和內(nèi)部電壓·64引腳和100引腳LQFP封裝LQFP100封裝的HY64芯片引腳如圖2.1所示：圖2.1 MC9S12HY64芯片的LQFP100封裝引腳圖LQFP64封裝的HY64芯片引腳如圖2.2所示：圖2.2 MC9S12HY64芯片的LQFP100封裝引腳圖

20、在每對Vss和Vdd引腳間都接入一個(gè)104的陶瓷電容做濾波用，采用16M的晶振帶22pF的電容，并且并聯(lián)一個(gè)1M的電阻到晶振。這個(gè)1M的電阻不是必需的，只有當(dāng)晶振難于起振時(shí)才接入。由于在產(chǎn)品中一般不會使用到復(fù)位的功能，所以電路設(shè)計(jì)中取消了復(fù)位電路。使用Altium Designer設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖2.3所示。圖2.3 MC9S12HY64的基本工作電路2.2汽車電子式儀表電源輸入及檢測2.2.1儀表電源的設(shè)計(jì)電子式儀表由于采用了集成芯片，對電源的要求也相應(yīng)地有所提高，因此設(shè)計(jì)電源模塊的工作也是不容忽視的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)飛思卡爾芯片的特性，電源紋波是非常關(guān)鍵的因素，雖然飛思卡爾S12系列的芯片

21、工作溫度可靠，但是它們對電源的要求相對更高。在本系統(tǒng)中，電源采用線性穩(wěn)壓芯片TLE4275。TLE4275是由INFINION公司生產(chǎn)的單片常復(fù)位輸出的5V穩(wěn)壓集成電路,其管腳封裝如圖2.3所示,1號腳為電壓輸入端、2號腳為上電復(fù)位信號輸出、3號腳接地、4號腳復(fù)位信號延時(shí)控制(通過調(diào)整該腳外接的對地電容可調(diào)整復(fù)位信號的延時(shí)時(shí)間)、5號腳為5V電源輸出腳。TLE4275雖然可以直接產(chǎn)生復(fù)位信號，但由于驅(qū)動(dòng)能力較弱，所以沒有使用。圖2.4 TLE4275的TO252封裝引腳圖廠家推薦的工作電路如圖2.5所示圖2.5 TLE4275推薦電路圖根據(jù)儀表盤的特殊工作環(huán)境，設(shè)計(jì)了如圖2.6所示的電路，支持

22、BAT電池輸入及IGN輸入，使用1N4007進(jìn)行保護(hù)，輸入部分用了220uF的電容作儲能，輸出部分使用了0.1的濾波電容。圖2.6 在本設(shè)計(jì)中采用的電源電路2.2.2 IGN檢測儀表盤需要檢測IGN信號以進(jìn)行車輛狀態(tài)的判斷，根據(jù)不同的狀態(tài)采取特定的顯示措施。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是不斷變化的，所以IGN輸入電壓也是波動(dòng)很大的輸入，不能僅靠軟件進(jìn)行濾波操作，所以在硬件電路設(shè)計(jì)中加入了濾波電路。濾波工作電路如圖2.7所示，當(dāng)IGN輸入高電平時(shí)，1N4007導(dǎo)通，ZD1（5V穩(wěn)壓管）和R8把IGN電壓穩(wěn)壓在5.1V，再通過R9對C2進(jìn)行充電，如果IGN的高電平不是波動(dòng)則C2充電電壓能達(dá)到S8050的飽和狀

23、態(tài)工作值，IGNCheck被拉到低電平，而IGNCheck會接到MC9S12HY64的IRQ引腳，IRQ引腳上的下降沿能將芯片從睡眠狀態(tài)中喚醒過來。圖2.7 IGN檢測電路設(shè)計(jì)2.3數(shù)字與模擬輸入信號處理數(shù)字輸入信號包括各種數(shù)字型狀態(tài)信號及脈沖信號，模擬輸入信號包括電壓電流等信號。車輛信息有很大一部分是通過這兩種方式接入儀表盤的，而且他們的信號大多數(shù)也需要有調(diào)理電路的參與。數(shù)字與模擬輸入信號不僅要求保持完整性而且需要在調(diào)理電路中設(shè)計(jì)保護(hù)電路，以免主控芯片受到干擾沖擊造成工作不穩(wěn)定甚至燒壞芯片。2.3.1數(shù)字類輸入信號數(shù)字類輸入信號主要是脈沖信號和開關(guān)量信號，由于開關(guān)量信號可以直接接至LED進(jìn)行

24、指示，所以在此不做討論。圖2.8是脈沖輸入調(diào)理電路之一，在電路中設(shè)計(jì)了濾波電路以濾除干擾信號。這種方案的缺點(diǎn)之一是采用了5V的電壓，消耗的功率較大。圖2.8 脈沖輸入調(diào)理電路一針對功耗問題，可以采用以下方案解決，如圖2.9所示。由于直接采用IGN電源，穩(wěn)壓電路的消耗大大降低，但是卻由于IGN的不穩(wěn)定，輸入到主控芯片的電壓有浮動(dòng)。圖2.9 車速脈沖調(diào)理電路2.3.2模擬類輸入信號模擬類輸入信號主要就是電阻值的測量，考慮到成本問題，只采用了最簡單的I/V電路，如果采用運(yùn)放組成可靠的I/V轉(zhuǎn)換電路，測量值的準(zhǔn)確性會有很大的提高，可惜成本不能接受。由于汽車環(huán)境非常惡劣，在電阻輸入線可能會串入很高的電壓

25、，所以需要設(shè)計(jì)保護(hù)電路，以免燒壞芯片。AD采集保護(hù)電路如圖2.10所示，保護(hù)通過二極管鉗位實(shí)現(xiàn)，AD2的電壓范圍限幅在-0.7vcc+0.7之間。這樣的電路已經(jīng)足夠用于保護(hù)芯片，而且在前面已經(jīng)有10K的電阻限流，就算是10V電壓過來，也只有1mA的電流。圖2.10 AD采集的保護(hù)電路在本儀表盤電路設(shè)計(jì)中，適當(dāng)?shù)刈隽诵┬薷?，設(shè)計(jì)了如圖2.11所示的電路。在電路中加入了AD采集保護(hù)電路，能有效保護(hù)主控芯片。之所以使用R50和R51并聯(lián)，是為了進(jìn)行分流作用，加大所能承受的功率，因?yàn)槌Ｊ褂玫碾娮瓒际?/8瓦或1/4瓦。圖2.11 帶保護(hù)的AD調(diào)理電路其實(shí)在MC9S12HY64的AD輸入口有內(nèi)部的保護(hù)電

26、路，如果電壓環(huán)境不是特別惡劣，是完全可以使用如圖2.12所示的電路，此電路省掉了二極管保護(hù)部分的電路。圖2.12 不帶保護(hù)的AD調(diào)理電路以上的AD調(diào)理電路都是沒有考慮到功耗問題的，如果有需要功耗降低的產(chǎn)品，則應(yīng)采用如圖2.13所示的電路，此電路使用了采集開關(guān)，只有需要采集數(shù)據(jù)時(shí)才開啟電路，否則電路沒有工作，降低的功耗。圖2.13 有采集開關(guān)的AD調(diào)理電路2.4汽車電子式儀表通訊的實(shí)現(xiàn)2.4.1汽車網(wǎng)絡(luò)簡介過去，汽車通常采用點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，將電子控制單元及負(fù)載設(shè)備連接起來。隨著電子設(shè)備的不斷增加，勢必造成導(dǎo)線數(shù)量的不斷增多，從而使得在有限的汽車空間內(nèi)布線越來越困難，限制了功能的擴(kuò)展。同時(shí)導(dǎo)線質(zhì)

27、量每增加50 kg，油耗會增加0.2 L/100 km。此外，電控單元并不是僅僅與負(fù)載設(shè)備簡單地連接，更多的是與外圍設(shè)備及其他電控單元進(jìn)行信息交流，并經(jīng)過復(fù)雜的控制運(yùn)算，發(fā)出控制指令，這些是不能通過簡單地連接所能完成的。而單從線束本身來說，它也是汽車電子系統(tǒng)中成本較高，連接復(fù)雜的部件。隨著汽車電子控制單元以及汽車電子裝置的不斷增多，采用串行總線實(shí)現(xiàn)多路傳輸，組成汽車電子網(wǎng)絡(luò)，是一種既可靠又經(jīng)濟(jì)的做法。同時(shí)現(xiàn)代汽車基于安全性和可靠性的要求，正越來越多地考慮使用電控系統(tǒng)代替原有的機(jī)械和液壓系統(tǒng)。目前在汽車環(huán)境中以CAN（控制器局域網(wǎng)）和LIN（局部互聯(lián)網(wǎng)）兩種通信方式為主。CAN（控制器局部網(wǎng)）是

28、BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。CAN是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1MBPS。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等項(xiàng)工作。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11

29、位或29位二進(jìn)制數(shù)組成。數(shù)據(jù)段長度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。LIN是較新的通信方式，是為了降低汽車生產(chǎn)成本而提出來的一種新型通信方式，作為CAN總線的一種輔助網(wǎng)絡(luò)，用于一些對實(shí)時(shí)性要求不高的場合的控制。LIN其實(shí)就是單片機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)的UART，只是它只需要一根數(shù)據(jù)線，并對數(shù)據(jù)格式作

30、了些修改。2.4.2儀表系統(tǒng)中采用的CAN網(wǎng)絡(luò)由于儀表盤的特殊性，在設(shè)計(jì)中經(jīng)常是只有CAN總線或沒有采用通信，LIN用的非常少。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了一路的CAN總線，工作于中等速率，接收發(fā)動(dòng)機(jī)信息和車身管理信息。由于采用的主控芯片已經(jīng)集成了CAN控制器，所以設(shè)計(jì)比較簡單，通過連接收發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)CAN通信了，CAN總線的收發(fā)器有很多可選的產(chǎn)品，在此采用飛利浦公司生產(chǎn)的比較新型的收發(fā)器TJA1040。TJA1040像TJA1050和C250/251 一樣，是一個(gè)遵從ISO 11898的高速CAN 收發(fā)器可以在汽車和工廠應(yīng)用上使用。TJA1050的設(shè)計(jì)使用了最新的EMC 技術(shù)。它采用了先進(jìn)的絕緣硅（

31、SOI）技術(shù)進(jìn)行處理，這樣 TJA1050 比C250/251 （使用分離終端）的抗電磁干擾性能提高了20dB。TJA1050集中在典型的（clamp-15）應(yīng)用上使用，在汽車點(diǎn)火之后仍然保持不上電狀態(tài)。因此 TJA1050不提供待機(jī)模式，特別要注意的是器件在不上電環(huán)境下的無源特性。TJA1040 是以TJA1050的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，由于使用了相同的SOI 技術(shù)，TJA1040 具有和TJA1050一樣出色的EMC 特性，和TJA1050不同的是 TJA1040 象C250/251 一樣有待機(jī)模式，可以通過總線遠(yuǎn)程喚醒，這樣 TJA1040 可以認(rèn)為是C250/251 的功能上的后繼者。TJA10

32、40 還具有和C250/251 一樣的收發(fā)器引腳和功能，所以TJA1040 可以與C250/251 兼容，并簡單地替代C250/251特別是TJA1040 還首次提供在不上電環(huán)境下理想的無源特性。TJA1040 比C250/251 有幾個(gè)優(yōu)勝的地方：如果不上電，在總線上完全無源；如果VCC 關(guān)閉，總線上看不到。在待機(jī)模式時(shí)，電流消耗非常低，最大15A。改良的電磁輻射EME性能。改良的電磁抗干擾EMI性能。SPLIT引腳代替 Vref引腳對總線的DC穩(wěn)壓很有效。TJA1040可以向下兼容C250/251，并且可以在很多已有的C250/251 應(yīng)用中使用，而硬件和軟件不需要作任何修改引腳。圖2.1

33、4顯示了C250/251、TJA1050和TJA1040 的引腳，除了兩個(gè)重新命名的引腳外這3個(gè)收發(fā)器相同。圖2.14 C250/251、TJA1050和TJA1040 的引腳圖表2.1是TJA1040引腳的功能定義列表。表2.1 TJA1040引腳定義助記符引腳描述TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)輸入GND2接地VCC3電源電壓RXD4接收數(shù)據(jù)輸出從總線讀出數(shù)據(jù)SPLIT5共模穩(wěn)壓輸出CANL6低電平CAN總線CANH7高電平CAN總線STB8待機(jī)模式控制輸入在本儀表盤設(shè)計(jì)中采用了如圖2.15所示的電路，CTXD1和CRXD1接HY64的CAN輸出，CANH1和CANL1是收發(fā)器的輸出。圖2.15 CAN收

34、發(fā)電路2.5汽車電子式儀表的機(jī)械型顯示在儀表盤中機(jī)械型顯示只有指針，雖然目前國外高端的產(chǎn)品已經(jīng)是全液晶屏顯示，徹底放棄了機(jī)械型的顯示，但是在中低端還是很少采用全液晶屏的設(shè)計(jì)，特別是我國的特殊情況更是如此，目前還沒有采用全液晶屏的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的車速表是機(jī)械式的，典型的機(jī)械式里程表連接一根軟軸，軟軸內(nèi)有一根鋼絲纜，軟軸另一端連接到變速器某一個(gè)齒輪上，齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鋼絲纜旋轉(zhuǎn)，鋼絲纜帶動(dòng)里程表罩圈內(nèi)一塊磁鐵旋轉(zhuǎn)，罩圈與指針聯(lián)接并通過游絲將指針置于零位，磁鐵旋轉(zhuǎn)速度的快慢引起磁力線大小的變化，平衡被打破指針因此被帶動(dòng)。這種車速里程表簡單實(shí)用，被廣泛用于大小型汽車上。對于以微控制器為主的儀表盤，都使用步進(jìn)電

35、機(jī)來作為指針的驅(qū)動(dòng)，多數(shù)情況下是用于車速表、轉(zhuǎn)速表、油表和電流表等。MC9S12HY系列的芯片是針對汽車儀表設(shè)計(jì)的，因此集成了步進(jìn)電機(jī)的控制，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)非常方便。MC9S12HY64集成了四個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，這已經(jīng)足夠大多數(shù)的產(chǎn)品使用。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步

36、進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它又分

37、為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)：1一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。2步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。3步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或

38、速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。在這次設(shè)計(jì)中采用了型號為“VID29-05P”的步進(jìn)電機(jī)，VID29系列步進(jìn)電機(jī)是一種精密的微型步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)置減速比180/1的齒輪系，主要應(yīng)用于車輛的儀表指示盤，也可以用于其它儀

39、器儀表裝置中，將數(shù)字信號直接準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為模擬的顯示輸出。VID29系列步進(jìn)電機(jī)需要兩路邏輯脈沖信號驅(qū)動(dòng)，可以工作于5V10V 的脈沖下，輸出軸的步距角最小可以達(dá)到1/12°，最大角速度600°/S?？捎梅植侥Ｊ交蛭⒉侥Ｊ津?qū)動(dòng)。VID29系列步進(jìn)電機(jī)分為兩大產(chǎn)品系列，分別是VID29-XX / VID29-XXP，電機(jī)在設(shè)計(jì)上選用高級鐵磁材料和特種耐磨塑料，同時(shí)兼顧到防火等安全性能，采用具有消聲和耐磨效果的特殊齒形，保證了電機(jī)的長期運(yùn)轉(zhuǎn)壽命和性能。VID29系列步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：工作電壓范圍：5V10V。低功耗：<20mA，5V。工作環(huán)境溫度：40105。精薄設(shè)計(jì)，外尺寸：

40、30mm×7.0mm。高精度：步距角最小可達(dá)到1/12º。長壽命：特殊耐磨材料和齒形設(shè)計(jì)。圖2.16是VID29步進(jìn)電機(jī)的引腳連接圖：圖2.16 VID29的引腳連接2.6汽車電子式儀表的數(shù)字型顯示電子式儀表的數(shù)字型顯示主要有LED顯示及LCD顯示，其中LCD顯示又分段碼式及點(diǎn)陣式，低端產(chǎn)品一般使用段碼式進(jìn)行里程的顯示，而中高端產(chǎn)品采用點(diǎn)陣式LCD顯示更豐富的車身狀態(tài)信息。LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。LED相對于燈泡型指示的優(yōu)點(diǎn)：一、體積小LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。二、耗電量低L

41、ED耗電相當(dāng)?shù)?，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電能不超過0.1W。三、使用壽命長在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)。四、高亮度、低熱量LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。五、環(huán)保LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時(shí)LED也可以回收再利用。六、堅(jiān)固耐用LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，這些特點(diǎn)使得LED可以說是不易損壞的。圖2.17是常用的汽車指示信息標(biāo)志，大多數(shù)現(xiàn)代汽車都有這樣的指示信息，這些符號已經(jīng)是一套成熟的國際標(biāo)準(zhǔn)。圖2.1

42、7 常用的汽車指示為了提高性能，降低主控芯片的負(fù)擔(dān)，采用達(dá)林頓管來驅(qū)動(dòng)LED指示。達(dá)林頓管又稱復(fù)合管。它將二只三極管適當(dāng)?shù)倪B接在一起，以組成一只等效的新的三極管。這等效于三極管的放大倍數(shù)是二者之積。在電子學(xué)電路設(shè)計(jì)中，達(dá)林頓接法常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。達(dá)林頓管的最大特點(diǎn)就是電流放大倍數(shù)很高，不過這類高放大倍數(shù)的達(dá)林頓管只能在小功率下使用。達(dá)林頓管具有增益高、開關(guān)速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。使用時(shí)，可以把達(dá)林頓管看成是一個(gè)具有高電流放大系數(shù)的三極管，使用非常方便。選用它作為功率放大管時(shí)，還可以取代多級放大電路，簡化設(shè)計(jì)電路。正因?yàn)檫_(dá)林頓管有著許多特點(diǎn)，它在低頻功率放大電路、開關(guān)式穩(wěn)壓電路以及功

43、率驅(qū)動(dòng)電路中得到了較廣泛的應(yīng)用。2.6汽車電子式儀表的里程數(shù)據(jù)存儲汽車的里程數(shù)據(jù)直接就存在儀表盤里面，所以需要有一個(gè)特定的存儲技術(shù)。由于汽車儀表盤的技術(shù)要求是經(jīng)常存儲里程數(shù)據(jù)，多數(shù)情況是要求每公里存儲一次，而普通的Flash芯片的擦寫次數(shù)只有不到10萬次，MC9S12HY的內(nèi)部Flash也是只有幾萬次的擦寫，所以不能使用內(nèi)部Flash來存儲里程數(shù)據(jù)。在次設(shè)計(jì)，使用EEPROM芯片作為存儲介質(zhì)，大多數(shù)的EEPROM芯片都能擦寫上百萬次。EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，電可擦可編程只讀存儲器-一種掉電后數(shù)據(jù)不

44、丟失的存儲芯片。 EEPROM 可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。EEPROM是可用戶更改的只讀存儲器（ROM），其可通過高于普通電壓的作用來擦除和重編程（重寫）。不像EPROM芯片，EEPROM不需從計(jì)算機(jī)中取出即可修改。在一個(gè)EEPROM中，當(dāng)計(jì)算機(jī)在使用的時(shí)候是可頻繁地重編程的，EEPROM的壽命是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)考慮參數(shù)。EEPROM的一種特殊形式是閃存，其應(yīng)用通常是個(gè)人電腦中的電壓來擦寫和重編程。DRAM斷電后存在其中的數(shù)據(jù)會丟失，而EEPROM斷電后存在其中的數(shù)據(jù)不會丟失。 另外，EEPROM可以清除存儲數(shù)據(jù)和再編程。汽車上常見的EEPROM芯片按其接口方式來分有I2

45、C、SPI，每一種芯片又分為各種容量規(guī)格，比如I2C中的24C01、24C02、24C04，一般尾數(shù)大的比尾數(shù)小的容量大，且有著直接的倍數(shù)關(guān)系。SPI因?yàn)榭梢匀p工傳輸，所以速率較IIC要快得多，但其沒有確認(rèn)機(jī)制，所以必須要靠軟件來實(shí)現(xiàn)，相比復(fù)雜；而IIC雖然速率較低（一方面因?yàn)椴荒苋p工，一方面因?yàn)閿?shù)據(jù)冗余較多），但應(yīng)用于一般的EEPROM和時(shí)鐘傳輸是足夠了，而且實(shí)現(xiàn)起來非常簡單。就存儲器而言，SPI一般應(yīng)用于flash（因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大了，當(dāng)然更大的flash采用的是地址/數(shù)據(jù)線結(jié)構(gòu)，比SPI又復(fù)雜些了。），而IIC一般應(yīng)用于EEPROM和時(shí)鐘電路?？紤]到I2C接口的方便性，本設(shè)計(jì)中采用I2

46、C接口的24C02存儲芯片。如圖2.18所示，A0、A1、A2為器件地址線，WP為寫保護(hù)引腳，SCL，SDA為二線串行接口，符合I2C總線協(xié)議。圖2.18 24C02引腳管腳描述：SCL 串行時(shí)鐘，串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘這是一個(gè)輸入管腳；SDA 串行數(shù)據(jù)/地，雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收SDA 是一個(gè)開漏輸出管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或wire-OR；A0 A1 A2 器件地址輸入端，這些輸入腳用于多個(gè)器件級聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為0。WP 寫保護(hù)，如果WP 管腳連接到Vcc 所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)只能讀當(dāng)WP 管

47、腳連接到Vss 或懸空允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。這次選用的EEPROM芯片是由2.6汽車電子式儀表的聲音指示在汽車儀表中需要有蜂鳴器進(jìn)行某些報(bào)警，所以設(shè)計(jì)蜂鳴器電路也是必須的。蜂鳴器電路如圖2.19所示，給BeepOut1端輸入高電平，蜂鳴器就發(fā)聲，多數(shù)情況是根據(jù)不同的報(bào)警信息給BeepOut1端不同的PWM信號，實(shí)現(xiàn)各種不同的發(fā)聲效果。圖2.19 簡單的蜂鳴器電路3汽車電子式儀表軟件設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)是嵌入式的靈魂，良好的軟件架構(gòu)才能使得系統(tǒng)運(yùn)行可靠，發(fā)揮硬件系統(tǒng)的優(yōu)勢。模塊化程序設(shè)計(jì)是非常好的設(shè)計(jì)方法，可以使得程序既有較高的可靠性又有很好的可移植性。在軟件的編寫中，盡可能使應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)化、模

48、塊化，即在不影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)下，運(yùn)用模塊化的編程方法使得每個(gè)模塊都完成各自的任務(wù)。汽車儀表的模塊化設(shè)計(jì)框圖如圖3.1所示。模塊化設(shè)計(jì)初始化模塊主程序模塊中斷處理模塊脈沖采集模塊顯示模塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊燃油測量模塊CAN通信模塊圖3.1 模塊化設(shè)計(jì)框圖模塊化的設(shè)計(jì)思想有如下的優(yōu)點(diǎn):1)模塊化編程使得要解決的問題與特定模塊分離，很容易找到出錯(cuò)的模塊，大大簡化了調(diào)試。2)模塊化編程使程序開發(fā)更有效。小塊程序更容易理解和調(diào)試。當(dāng)知道模塊的輸入和所要求的輸出時(shí)，就可直接測試小模塊。3)為軟件系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了方便。當(dāng)系統(tǒng)需要增加或改變某些功能時(shí)，只需增加和更換響應(yīng)的模塊就可構(gòu)成新的系統(tǒng)。4)可根據(jù)任務(wù)性

49、質(zhì)和規(guī)模而調(diào)整系統(tǒng)，使得系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)緊湊，效率提高，有助于系統(tǒng)的使用和維護(hù)。5)提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。因?yàn)橄到y(tǒng)軟件是按所劃分的模塊進(jìn)行編寫，設(shè)計(jì)思路清晰，編好的程序按模塊調(diào)試，軟件故障定位簡單。一旦出現(xiàn)問題，就可找到相應(yīng)的模塊進(jìn)行修改，使系統(tǒng)很快恢復(fù)正常6)當(dāng)同類的需求較多時(shí)，可把程序放入庫中以備以后使用。例如:顯示驅(qū)動(dòng)。若要再使用顯示驅(qū)動(dòng)，則由庫中把它取出(必要時(shí)可修改)，而不要全部重新編寫。由于系統(tǒng)軟件是一個(gè)個(gè)功能模塊組成的，因此，在編寫程序的過程中，可以集中精力來編寫每個(gè)功能模塊，盡量采用已經(jīng)成熟的子程序和模塊。這樣可以節(jié)約許多時(shí)間，還可以提高編程的質(zhì)量。3.1 主程序的設(shè)計(jì)3.

50、1.1 初始化模塊系統(tǒng)初始化是主控芯片各個(gè)模塊的初始設(shè)置，主要任務(wù)完成主控芯片PLL設(shè)置，IO口初始化，定時(shí)器的設(shè)置方式和控制字以及CAN控制器、步進(jìn)電機(jī)控制器、TFT液晶顯示屏及AD模塊等硬件初始化，為主程序設(shè)置正確的變量，將部分內(nèi)存單元清零，開中斷及定時(shí)器，將EEPROM中的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存，系統(tǒng)初始化保證了主控芯片各工作模塊的正確運(yùn)行，是系統(tǒng)正確工作的基礎(chǔ)。3.1.2 主程序模塊系統(tǒng)的軟件是由一個(gè)主程序和若干子程序構(gòu)成，主程序的主要功能是對所需要的參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)定程序執(zhí)行過程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，然后再由各中斷的要求調(diào)用相應(yīng)的處理模塊和子程序，主程序的流程圖如圖3.2所示。圖3.

51、2 主程序流程圖3.1.3 中斷處理模塊中斷處理模塊用于獲取程序所需的各種參數(shù)，包括RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷、輸入捕獲中斷，定時(shí)器中斷，I2C中斷以及IRQ中斷等。在主程序運(yùn)行當(dāng)中，如果有中斷請求，即跳轉(zhuǎn)到其他所要處理的子程序模塊進(jìn)行程序運(yùn)行。一般情況下，中斷程序中對數(shù)據(jù)一般只做簡單的讀取和賦值工作，不對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與計(jì)算，縮短中斷程序的運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)響應(yīng)中斷的實(shí)時(shí)性。3.2數(shù)據(jù)采集及處理模塊本模塊完成對車速、油耗、油量、蓄電池電壓及開關(guān)量的采集及數(shù)據(jù)的處理。由于步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)要保持步距角恒定，如果采集頻率選擇不當(dāng)?shù)脑?，將會引起儀表指針的抖動(dòng)，為使指針能夠平滑地轉(zhuǎn)動(dòng)，選擇恰當(dāng)?shù)牟杉l率是非常重

52、要的。車速屬于頻率信號，且變化較快。在選擇采樣頻率時(shí)，既不能太快也不能太慢，太慢則指示滯后，不能反映車速和轉(zhuǎn)速真實(shí)性，太快則會導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)跟不上節(jié)奏，也會出現(xiàn)指針抖動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)我們選擇的傳感器的輸出頻率，確定車速和轉(zhuǎn)速的采樣頻率為5Hz，采樣周期即為200ms。由于油量和蓄電池電壓信號的變化要慢很多，同時(shí)對它們的要求也較低，因此采樣頻率可以相對較低，我們選擇采樣頻率為1Hz。流程如圖3.3所示。圖3.3數(shù)據(jù)采集及處理模塊流程3.2.1 脈沖采樣處理模塊常見的頻率測量方法有頻率法、周期法、混合測頻法以及頻壓轉(zhuǎn)換法。頻率的測量方法不僅會影響到測量精度，而且也會影響到動(dòng)態(tài)性能。測頻法的原理如下:首先

53、在單片機(jī)的程序中設(shè)置定時(shí)器中斷程序(一般可設(shè)置為0.1s0.4s中斷一次)，然后計(jì)算單位時(shí)間的脈沖數(shù)，即可換算出相應(yīng)的車速值。測周法的原理如下:首先利用單片機(jī)內(nèi)的振蕩信號產(chǎn)生一系列標(biāo)準(zhǔn)脈沖，然后測出一個(gè)脈沖周期有多少標(biāo)準(zhǔn)脈沖，即可換算出車速。測頻法在單位時(shí)間測得脈沖數(shù)越多精度就越高，適用于高速場合。在低速時(shí)由于脈沖數(shù)量少，誤差較大，多采用測周法。車速脈沖的頻率范圍在01.5kHZ,可見車速脈沖信號的頻率分布不是很寬，且汽車絕大部分時(shí)間試運(yùn)行在低中速狀態(tài)下，其頻率主要處于低頻帶，從全局來看車速脈沖的測量選用測量周期法。車速脈沖的檢測是通過CPU的ECT模塊中的IC通道(輸入捕捉通道)來實(shí)現(xiàn)的。選

54、用下降沿進(jìn)行捕獲，每個(gè)捕捉結(jié)果將時(shí)鐘計(jì)數(shù)器TCNT的值存入變量pre_timer，然后隨著下一個(gè)捕捉結(jié)果的到來將時(shí)鐘計(jì)數(shù)器TCNT的值存入變量last_timer,脈沖的脈寬等于（Last_timer-Pre_timer）即為車速信號的周期。圖3.4為頻率信號測量的程序流程圖。圖3.4 脈沖測量流程圖3.2.2輸入模擬信號處理油量信號和蓄電池電壓都是模擬量，必須通過A/D轉(zhuǎn)換才能將信號輸入到CPU進(jìn)行必要的處理。ADC模塊工作時(shí)，由CPU發(fā)出啟動(dòng)指令，然后經(jīng)采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將結(jié)果保存到相應(yīng)的寄存器。ADC每次啟動(dòng)要進(jìn)行若干個(gè)掃描循環(huán)，每個(gè)掃描循環(huán)為一個(gè)轉(zhuǎn)換序列，每個(gè)轉(zhuǎn)換序列只能包括4或8次

55、轉(zhuǎn)換。由寄存器ATDCTIS中的S8CM位確定。這些轉(zhuǎn)換可以針對某個(gè)單一通道，也可以針對幾個(gè)相鄰?fù)ǖ?。一次轉(zhuǎn)換多個(gè)通道可以通過一次啟動(dòng)命令快速瀏覽多個(gè)信號，中間無需CPU干預(yù)，節(jié)省了CPU時(shí)間。上電后，各個(gè)寄存器處于默認(rèn)狀態(tài)，ADC控制寄存器ADSCR中的AIEN位清0,ADC處于禁止?fàn)顟B(tài)，并未進(jìn)入工作守候狀態(tài)，要讓ADC開始轉(zhuǎn)換工作，必須經(jīng)過以下三個(gè)步驟:（1）將AIEN置1，使ADC啟動(dòng)；（2）按照要求對轉(zhuǎn)換位數(shù)、掃描方式、采樣時(shí)間、時(shí)鐘頻率及標(biāo)志檢查方式進(jìn)行設(shè)置；（3）發(fā)出啟動(dòng)指令。其中前兩步都在ADC初始化中進(jìn)行。由于油量信號的變化要慢很多，此外，汽車在行駛過程中油箱油面隨著車的晃總在

56、變化，若采樣頻率選擇較高，則會使得油量表顯示來回?cái)[動(dòng)較厲害，影響油量正常顯示。因此選擇的頻率相對較低，定為1HZ，有意地讓油量表的指示稍稍滯后一些，這樣減小了顯示的晃動(dòng)。采用單片機(jī)的AD1通道進(jìn)行才樣，采樣10次，去掉兩個(gè)最大值和兩個(gè)最小值，然后進(jìn)行平均值，通過實(shí)際的測量來看,處理后的誤差小于0.5%,大大優(yōu)于一次采樣的數(shù)據(jù)，相應(yīng)的油量表顯示抖動(dòng)非常小。圖3.5是模擬信號測量流程圖。圖3.5 模擬信號測量流程圖3.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)平滑的正反轉(zhuǎn)控制是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)的控制就是控制其隨輸入信號的變化而平滑的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以車速信號為例，當(dāng)轉(zhuǎn)換后的信號頻率增大時(shí)，電機(jī)就順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)

57、，也就是正轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)換后的頻率信號減小時(shí)，電機(jī)就逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，也就是反轉(zhuǎn)。車速恒定時(shí)，電機(jī)不發(fā)生變化。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用定時(shí)器中斷程序根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)，采用另一個(gè)定時(shí)器中斷程序來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，針需要達(dá)到的角度位置和實(shí)際角度位置，均為1/12度，即一個(gè)微步。其中定時(shí)時(shí)間決定了步進(jìn)電機(jī)的角速度。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖3.6所示。計(jì)算定時(shí)時(shí)間開始指針驅(qū)動(dòng)值等于實(shí)際值？指針驅(qū)動(dòng)值小于實(shí)際值？逆時(shí)間轉(zhuǎn)一個(gè)微步順時(shí)間轉(zhuǎn)一個(gè)微步返回YNYN圖3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖4系統(tǒng)電路板設(shè)計(jì)電路板的設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)，只有通過PCB設(shè)計(jì)才能使得量產(chǎn)成為可能，而且PCB設(shè)計(jì)如果不合理會造成系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定因素增加。4.1電路板設(shè)計(jì)制作工具目前在低端市場比較常用的PCB設(shè)計(jì)工具有Protel及其升級版DXP和Altium Designer、PowerPCB及其升級版PADS。PADS軟件是由PowerPCB發(fā)展而來的新版本產(chǎn)品，是MentorGraphics公司的電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具軟件。PowerPCB 能夠使用戶完成高質(zhì)量的設(shè)計(jì)，生動(dòng)地體現(xiàn)了電子設(shè)計(jì)工業(yè)界各方面的內(nèi)容。其約束驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法可以減少產(chǎn)品完成時(shí)間。你可以對每一個(gè)信號定義安全間距，布線規(guī)則以及高速電路的設(shè)計(jì)規(guī)則，并將這些規(guī)劃層次化的應(yīng)用到板上，每一層上，每一類網(wǎng)絡(luò)上，每一