引言

　　汽車(chē)儀表由各種儀表、指示器，特別是駕駛員用警示燈和警報(bào)器等組成,，為駕駛員提供所需的汽車(chē)運(yùn)行參數(shù)信息。按汽車(chē)儀表的工作原理不同,，可大致分為三代,。第一代汽車(chē)儀表是機(jī)械機(jī)心表;第二代汽車(chē)儀表稱為電氣式儀表[1];第三代為全數(shù)字汽車(chē)儀表，它是一種網(wǎng)絡(luò)化,、智能化的儀表,，其功能更加強(qiáng)大，顯示內(nèi)容更加豐富,，線束連接更加簡(jiǎn)單,。

　　目前的汽車(chē)儀表多為第三代儀表，它可以利用A/D轉(zhuǎn)換或是數(shù)字脈沖直接從傳感器獲得數(shù)據(jù),，也可以利用CAN總線通過(guò)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)獲得數(shù)據(jù);它可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)儀表指針,，也可以利用LCD屏直接顯示圖形或文字信息。同時(shí)它還有智能處理單元,，可以與汽車(chē)其他控制單元交互信息,。

　　總體需求及設(shè)計(jì)

　　汽車(chē)儀表的功能就是獲取需要的數(shù)據(jù)并采用合適的方式顯示出來(lái)。以前的儀表一般限制在3~4個(gè)量的顯示和4~5個(gè)警告功能,，現(xiàn)在新式儀表則達(dá)到有約15個(gè)量的顯示和約40個(gè)警告監(jiān)測(cè)功能,。導(dǎo)致儀表顯示信息量快速增長(zhǎng)的主要原因有以下幾方面[2]：

　　● 汽車(chē)上的新功能部件不斷增加，如ABS,、安全氣囊,、倒車(chē)?yán)走_(dá)等;

　　● 對(duì)汽車(chē)行駛中的狀態(tài)要求更加實(shí)時(shí)的了解，如胎壓,、水溫,、油耗等;

　　● 對(duì)汽車(chē)各部件的工況要求更加細(xì)致的掌握，如燈光,、車(chē)門(mén),、車(chē)鎖、安全帶等,。

        不同的信息有不同的獲取方式和顯示方式,，目前新式儀表信息獲取方式主要有三種：

　　● 通過(guò)車(chē)身總線傳輸;

　　●通過(guò)A/D采樣轉(zhuǎn)化;

　　●通過(guò)IO狀態(tài)變化獲取。

　　對(duì)于顯示方式,，主要有五種方式：通過(guò)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng);通過(guò)點(diǎn)陣LCD屏顯示圖形或數(shù)字信息;通過(guò)段式LCD屏或數(shù)碼管顯示;通過(guò)LED燈的開(kāi)關(guān)顯示;通過(guò)蜂鳴器的不同鳴音指示當(dāng)前狀態(tài),。

　　根據(jù)以上要求，本文設(shè)計(jì)的汽車(chē)儀表盤(pán)節(jié)點(diǎn)由MCU系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),、LED顯示,、LCD顯示、報(bào)警功能,、記憶功能,、按鍵處理、LIN總線通信,、高速CAN通信,、低速容錯(cuò)CAN總線通信以及電源供給等幾個(gè)方面構(gòu)成(圖2)。

       硬件電路設(shè)計(jì)

　　H8Sx/1544是一款完全符合第三代汽車(chē)儀表需要的芯片,，它具有高速運(yùn)算能力的32位MCU,，帶有兩路CAN通道，能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和LCD模塊,，性能參數(shù)滿足汽車(chē)工業(yè)級(jí)要求[3],。外圍模塊包括步進(jìn)電機(jī)控制PWM定時(shí)器，LCD模塊接口,，16位定時(shí)器脈沖單元(TPU),，DMA控制器(DMAC)，CAN總線控制器,、串行接口,，A/D轉(zhuǎn)換器，警示燈和報(bào)警器的輸出,，LED PWM調(diào)光等,。這些模塊可以滿足車(chē)速、轉(zhuǎn)速,、油量,、冷卻水液位的信號(hào)采集和顯示，可以很容易地實(shí)現(xiàn)外設(shè)元件很少的儀表板電路[4],?；贖8Sx/1544的汽車(chē)儀表板框圖如圖3所示。

　　6組步進(jìn)電機(jī)可直接通過(guò)H8Sx/1544的PWM引腳驅(qū)動(dòng),，分別用于指示汽車(chē)行駛的車(chē)速,、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度,、燃油箱的油量,、機(jī)油壓力和發(fā)電機(jī)電壓。選用具有并行8080接口的點(diǎn)陣式液晶模塊,，可直接與MCU相連,，用于顯示圖形和其他信息,。高速CAN和低速CAN分別與汽車(chē)內(nèi)的兩個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)相連，必要時(shí)可作為網(wǎng)關(guān)使用,。汽車(chē)車(chē)速傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器通常采用霍爾器件,，為了改善波形，在輸入捕獲定時(shí)器管腳外使用了施密特電路進(jìn)行整形,。

        軟件設(shè)計(jì)

　　為了提高代碼的可重用性,、可讀性以及可維護(hù)性，軟件編寫(xiě)的基本思想是在滿足系統(tǒng)功能的前提下,，盡可能使應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,。每一個(gè)模塊是一個(gè)具有獨(dú)立功能的程序,，可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、調(diào)試與管理,。

　　軟件模塊主要有主程序模塊,、初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊,、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,、CAN通訊模塊、LIN通訊模塊,、SPI通訊模塊,、顯示模塊、存儲(chǔ)記憶模塊,、報(bào)警模塊,、中斷模塊等。

　　報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)異常情況下控制告警信號(hào)輸出,，如冷卻液溫度升高近沸點(diǎn)或燃油箱內(nèi)的燃油量少于某一規(guī)定值時(shí),，音頻告警會(huì)發(fā)出不同頻率的告警信號(hào)，點(diǎn)亮指示燈,。中斷模塊有四種中斷源：按鍵信號(hào),、車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)及掉電保護(hù)信號(hào),，分別完成面板功能設(shè)置,、測(cè)速和掉電時(shí)的數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)對(duì)相應(yīng)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣,、量化,，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行抗干擾處理。顯示模塊完成LCD的初始化,，并顯示各種需要符號(hào)和數(shù)值,。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用微步方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),，有加速、勻速,、減速三種模式,，以克服電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)滯后、停止時(shí)過(guò)沖的現(xiàn)象,。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)儀表系統(tǒng)基本功能的分析,，完成了一款高集成、嵌入式,、總線化的汽車(chē)組合電子儀表,。該儀表能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)表盤(pán)指針實(shí)時(shí)指示以及LCD的圖形化顯示，實(shí)現(xiàn)了功耗低,、容錯(cuò)性強(qiáng),、模塊化程度高的設(shè)計(jì)要求。該組合電子儀表精度高,、線性度好,、響應(yīng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng),、記錄準(zhǔn)確,、性能穩(wěn)定，各方面性能均達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,。