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氏诽，而參數(shù)傳遞的準確與可靠性則直接關系到汽車行駛的安全酱滞。儀表是人和汽車的交互界面，為駕駛員提供所需的汽車運行參數(shù)丹自、故障彰朴、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件弹值。

 

現(xiàn)代儀表最突出的特點是功能的模塊化据智，通常要組裝一塊儀表，只需將幾個功能模塊在定制PCB的基礎上聯(lián)合起來豫尽，就可以得到一個完整的系統(tǒng)篙梢。長安等經(jīng)濟型汽車的指針儀表一般為獨立的模塊，提示/報警功能由PCB上的小燈泡完成美旧。SANTANA系列的指針由印刷電路板上的十字線圈驅(qū)動渤滞，提示/報警燈全部是發(fā)光二極管。轎車的儀表板上顯示的主要數(shù)據(jù)榴嗅、來源及對應顯示方式如下表（根據(jù)SANTANA2000）：

表1

 

 

可見目前的汽車儀表尚以機械式為主妄呕，通訊方式以線束為主陶舞。這種模式最大的弊病是過于依賴線束，導致系統(tǒng)復雜绪励。

 

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展肿孵，尚有極大潛力的汽車電子市場正日漸受到各大汽車生產(chǎn)商與電子產(chǎn)品供應商的關注，這其中包括尚處于開發(fā)實驗階段的清潔能源汽車疏魏、目前由***占據(jù)世界市場領袖地位的車載音響設備停做、前途無量的車載計算機信息終端設備以及形形色色的車內(nèi)電控單元，如發(fā)動機電控單元大莫、ABS蛉腌、總線、新型電子儀表等厨朗。

 

對汽車儀表而言擅锁，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宴今。一些實時性要求高母谋，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現(xiàn)换攘。

 

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)展的今天堰哗，集成電路的密度越來越高，體積越來越小椎颓，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復雜恐梅，功能也越來越強大。隨著儀表的部分功能硬件不斷地被軟件取代最阿，整個系統(tǒng)的集成度也在相應提高掀塞。

 

本設計是一個基于Freescale單片機的汽車組合儀表板。面向的是目前市場上占主流地位的傳統(tǒng)汽車貌砖，并引用長安車的儀表為模板喂很，目的主要在于實現(xiàn)一個汽車組合電子儀表板的低端方案。

 

1皆刺、設計概述

 

本方案的對象主要包括車速少辣、轉(zhuǎn)速、壓力羡蛾、溫度漓帅、里程、時間以及一些提示/報警燈信號痴怨，分別體現(xiàn)在車速表忙干、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、油壓表、水溫表（指針）以及里程表上捐迫。其中乾翔，里程表定時記錄車速信號，在行車時間內(nèi)做數(shù)值積分弓乙，得到行駛公里數(shù)末融，作為里程保存在用戶Flash中钧惧。定時（1s）對里程數(shù)據(jù)做累加暇韧。

 

由于本設計面向的是大眾化的傳統(tǒng)汽車，成本成為器件選用的最重要標準叮歧。在微控制器的選型上作两，我們并未考慮前途光明但目前尚未普及的CAN總線，而是選擇了自帶液晶驅(qū)動的8位微控制器LJ12菌秘。

 

MC68HC908LJ12是Freescale單片機908家族的一員袒覆，其主要參數(shù)與功能模塊如下：

 

? 8M的最大總線頻率；

? 12k用戶Flash及奋；

? 512b RAM鱼虽；

? 兩個獨立雙通道定時器模塊；

? 內(nèi)部實時時鐘婶祥，可記錄年付准、月、日阴迹、時佩艇、分、秒俭疤；

? SCI與SPI通信模塊送丰；

? 6通道10位A/D；

? LCD模塊弛秋，可驅(qū)動27×3或26×4的筆段式液晶模塊器躏。

 

步進電機驅(qū)動芯片MC33970是Freescale模擬家族的一員，內(nèi)含6個寄存器蟹略，由SPI寫入命令狀態(tài)字邀桑，分別是配置/校準寄存器、指針速度寄存器科乎、指針0/1位置寄存器壁畸、指針回零寄存器、歸零設置寄存器茅茂。MC33970的特點：

 

? 兼容MMT認證的兩相步進電機捏萍；

? 指針可停留在4095個穩(wěn)定的位置；

? 最大轉(zhuǎn)角340°空闲；

? 最大加速度4500 deg/s2令杈；

? 最大速度400 deg/s走敌；

? 模擬微步（指針運動12步為1°）；

? 指針校準與回零棋眠；

? SPI控制蛙饮，16位命令字；

? 內(nèi)部校準時鐘滋样；

? 睡眠模式低電流迁搜。

 

2、硬件描述

 

圖1

 

LJ12芯片內(nèi)部有豐富的硬件資源督阿，我們做了如下配置：

 

? PLL：外部晶振32.768k宣葡；內(nèi)部總線倍頻至4M；

? SCI：用于上位機通訊畴制，比特率9600椰墩，中斷方式；

? SPI：時鐘1M译快，作為MC33970的控制喊傻，用兩個通用管腳作為SPI的片選信號；

? LCD：使用26×4模式攻内，即26前極褂磕、4背極的模式，動態(tài)驅(qū)動摄杂；因為設計中用到6位LCD模塊坝咐，所以使用FP1～FP12、BP0～BP3已經(jīng)足夠析恢；

? Flash：利用常駐內(nèi)存函數(shù)（ROM-Resident Routine）將里程數(shù)據(jù)以32位數(shù)據(jù)的形式保存于用戶閃存中墨坚。

 

選取SWITEC公司出品的步進電機作為執(zhí)行器。六位筆段式動態(tài)驅(qū)動液晶模塊映挂，用于里程泽篮，單次里程或時間日期的顯示。出于習慣柑船，汽車儀表需要一直保持帶電狀態(tài)帽撑，無需重置時間參數(shù)，為了方便演示鞍时，用兩個按鈕實現(xiàn)LCD顯示模式的切換亏拉。六個發(fā)光二極管分別用于顯示制動、危險逆巍、機油壓力及塘、電瓶、發(fā)動機以及空檔信息，利用MC1413作為發(fā)光二極管的驅(qū)動坊蜂。

 

MC33970由微控制器的SPI直接驅(qū)動港苗；車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速為脈寬調(diào)制信號或來自串口輸入，通過定時器模塊的輸入捕捉功能得到其頻率卢俯，換算得數(shù)據(jù)陌贪。

 

（1） 電源及掉電保護

 

輸入端使用7805。為了在掉電的時候也可以及時地保存里程數(shù)據(jù)氢熏，在電源地輸入端加一個1000uF或兩個470uF的電解電容想触。電源斷開的時候在IRQ管腳會產(chǎn)生一個中斷信號，大電容可以維持單片機電源足夠長的時間幅猖，使得單片機可以完成外部中斷的服務程序怒随。

 

（2）調(diào)理電路

 

為了改善波形造轴，在定時器管腳外添加了調(diào)理電路梢翼。

 

（3）整體設計

 

本設計面向的是市場上的中低檔轎車，為了表現(xiàn)這個初衷胀邀，根據(jù)長安轎車的儀表外殼及內(nèi)部尺寸設計了儀表的PCB雪怠，并重新布局。

 

圖2 系統(tǒng)框圖

 

3戚嗅、 軟件描述

 

(1) 初始化函數(shù)

 

內(nèi)部總線倍頻至4M雨涛；設置定時器模塊的通道為捕捉功能；SCI波特率9600懦胞，開接收中斷替久；SPI時鐘頻率1M；LCD模塊26×4模式躏尉；使能Real Time Clock模塊蚯根；MC33970與指針初始化；從用戶Flash中讀取先前記錄的里程數(shù)據(jù)胀糜，并根據(jù)ODO/TRIP信號加以顯示颅拦。

 

(2) 中斷服務程序

 

? 外部中斷：斷電后短時間內(nèi)利用大電容的放電使指針回零。

? SCI中斷：遵循一定的上位機協(xié)議教藻，接受命令距帅，改變LCD顯示內(nèi)容；改變車速和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)括堤。

? RTC中斷：每秒記錄一次里程數(shù)據(jù)碌秸；根據(jù)車速信號換算里程數(shù)據(jù)。

 

(3) 主函數(shù)

 

定時讀取里程數(shù)據(jù)沛专，并在LCD上顯示尖蚪；每一次主循環(huán)結(jié)束的時候重啟WATCHDOG；當車速或轉(zhuǎn)速信號改變之后通過指針位置的變化作出反應。

 

圖3 主程序流程圖

 

以下是SWITEC公司出品的步進電機驅(qū)動芯片x15.089與MC33970的簡單比較膏莽，然后得出結(jié)論嘱疑。

 

卓越的性能

 

下表是二者的性能比較，其中響應的實時性好是MC33970最大的優(yōu)勢：

表2 步進電機驅(qū)動芯片x15.089和MC33970性能的比較

 

 

緊湊的結(jié)構(gòu)x15.089的工作原理簡單說來是由微控制器的兩個管腳控制一個步進電機体六，其中一個管腳輸出方向控制信號仁灶，另一個管腳輸出脈沖。所以對應控制每一路電機需要兩個單片機管腳挥桑，控制4路需要8個單片機的通用IO口豪杉。

 

MC33970則不同，由SPI輸入命令字达玉，即可控制兩路步進電機豆玖；需要4路步進電機的時候，使用兩片MC33970蹲居，但只需增加一根片選信號沙峻。這樣總共只需要SPI模塊和兩個通用IO，從而節(jié)省了單片機的資源两芳。

 

有競爭力的成本單片機LJ12大于10000片價格為單片RMB20摔寨，且由于內(nèi)嵌了LCD控制驅(qū)動器，無需外加SED1335一類的液晶驅(qū)動器怖辆。

 

MC33970大于10000片價格為單片$1.3,RMB13是复，性價比高。

 

相比之下竖螃，SWITEC步進電機312.017單價RMB18左右淑廊，驅(qū)動芯片x15.089單價RMB16左右。

 

下面是一個成本估計的簡表：

表3 成本估計簡表

 

 

由上可以看出特咆，在批量生產(chǎn)的情況下季惩，作為一個全數(shù)字式系統(tǒng)，其總成本低于RMB150坚弱，大約在RMB120～140之間蜀备，具有相當?shù)母偁幜Α?/span>

 

4、結(jié)論

 

該方案是一個基于Freescale微控制器的汽車電子儀表板的低端方案荒叶，面向各種經(jīng)濟型汽車晾晕，具有功能齊備、結(jié)構(gòu)緊湊钻字、價格低廉的特點窃等，會有廣闊的市場前景。

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