基于Ｈ８Ｓｘ／１５４４的汽車組合儀表設(shè)計

莊汝科　李小偉　張　云　李明強　王冬雪

摘要：介紹了一款基于H8Sx／1544的總線式汽車組合儀表。該汽車儀表使用步進(jìn)電機驅(qū)動指針，并帶有LCD圖形顯示，可以通過CAN網(wǎng)絡(luò)和LIN網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)，功能強大，可擴(kuò)展性強。

關(guān)鍵詞：汽車儀表；H8Sx／1544；步進(jìn)電機；CAN；LIN

引言

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

目前的汽車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總線通過汽車網(wǎng)絡(luò)獲得數(shù)據(jù)；它可以通過步進(jìn)電機來驅(qū)動儀表指針，也可以利用LCD屏直接顯示圖形或文字信息。同時它還有智能處理單元、可以與汽車其他控制單元交互信息。

總體需求及設(shè)計

汽車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。以前的儀表一般限制在3～4個量的顯示和4-6個警告功能，現(xiàn)在新式儀表則達(dá)到有約15個量的顯示和約40個警告監(jiān)測功能。導(dǎo)致儀表顯示信息量快速增長的主要原因有以下幾方面：

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

·對汽車行駛中的狀態(tài)要求更加實時的了解，如胎壓、水溫、油耗等：

·對汽車各部件的工況要求更加細(xì)致的掌握，如燈光、車門、車鎖、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：

·通過車身總線傳輸：

·通過A／D采樣轉(zhuǎn)化：

·通過10狀態(tài)變化獲取。

對于顯示方式，主要有五種方式：通過驅(qū)動步進(jìn)電機帶動指針轉(zhuǎn)動：通過點陣LCD屏顯示圖形或數(shù)字信息；通過段式LCD屏或數(shù)碼管顯示：通過LED燈的開關(guān)顯示：通過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)計的汽車儀表盤節(jié)點由MCU系統(tǒng)、步進(jìn)電機驅(qū)動、LED顯示、LCD顯示、報警功能、記憶功能、按鍵處理、LIN總線通信、高速CAN通信、低速容錯CAN總線通信以及電源供給等幾個方面構(gòu)成(圖2)。

硬件電路設(shè)計

HSSx／1544是一款完全符合第三代汽車儀表需要的芯片，它具有高速運算能力的32位MCU，帶有兩路CAN通道，能直接驅(qū)動步進(jìn)電機和LCD模塊，性能參數(shù)滿足汽車工業(yè)級要求。外圍模塊包括步進(jìn)電機控制PWM定時器，LCD

模塊接口，16位定時器脈沖單元(TPU)，DMA控制器(DMAC)，CAN總線控制器、串行接口，A／D轉(zhuǎn)換器，警示燈和報警器的輸出，LED PWM調(diào)光等。這些模塊可以滿足車速、轉(zhuǎn)速、油量、冷卻水液位的信號采集和顯示，可以很容易地實現(xiàn)外設(shè)元件很少的儀表板電路。基于H8Sx／1544的汽車儀表板框圖如圖3所示。

6組步進(jìn)電機可直接通過H8sx／1544的PWM引腳驅(qū)動，分別用于指示汽車行駛的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、燃油箱的油量、機油壓力和發(fā)電機電壓。選用具有并行8080接口的點陣式液晶模塊，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分別與汽車內(nèi)的兩個CAN網(wǎng)絡(luò)相連，必要時可作為網(wǎng)關(guān)使用。汽車車速傳感器和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器通常采用霍爾器件，為了改善波形，在輸入捕獲定時器管腳外使用了施密特電路進(jìn)行整形。

軟件設(shè)計

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。每一個模塊是一個具有獨立功能的程序，可以單獨設(shè)計、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)電機驅(qū)動模塊、CAN通訊模塊、LIN通訊模塊、SPI通訊模塊、顯示模塊、存儲記憶模塊、報警模塊、中斷模塊等。

報警模塊實現(xiàn)異常情況下控制告警信號輸出，如冷卻液溫度升高近沸點或燃油箱內(nèi)的燃油量少于某一規(guī)定值時，音頻告警會發(fā)出不同頻率的告警信號，點亮指示燈。中斷模塊有四種中斷源：按鍵信號、車輪轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號及掉電保護(hù)信號，分別完成面板功能設(shè)置、測速和掉電時的數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)對相應(yīng)的模擬信號進(jìn)行采樣、量化，并對采樣信號進(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和數(shù)值。步進(jìn)電機驅(qū)動模塊采用微步方式驅(qū)動步進(jìn)電機，有加速、勻速、減速三種模式，以克服電機在啟動時滯后、停止時過沖的現(xiàn)象。

結(jié)語

本文通過對汽車儀表系統(tǒng)基本功能的分析，完成了一款高集成、嵌入式、總線化的汽車組合電子儀表。該儀表能實現(xiàn)步進(jìn)電機帶動表盤指針實時指示以及LCD的圖形化顯示，實現(xiàn)了功耗低、容錯性強、模塊化程度高的設(shè)計要求。該組合電子儀表精度高、線性度好、響應(yīng)速度陜、適應(yīng)性強、記錄準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定，各方面性能均達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。