基于NEC電子的汽車(chē)儀表盤(pán)專(zhuān)用器件ASSP CAN3

　　引言

　　關(guān)于汽車(chē)儀表盤(pán)的專(zhuān)用芯片，中國汽車(chē)電子行業(yè)由于起步較晚，直到2004年前后，市場(chǎng)上仍然幾乎沒(méi)有專(zhuān)用于儀表盤(pán)的芯片。很多客戶(hù)采用的表盤(pán)方案往往是一顆普通的芯片，一顆步進(jìn)馬達的驅動(dòng)芯片以及一顆LCD的驅動(dòng)芯片組成。對于具有較高安全性保障要求的汽車(chē)電子產(chǎn)品，這樣的情況從極限溫度和電磁抗干擾這兩個(gè)方面來(lái)考量，只是一個(gè)沒(méi)有專(zhuān)用的汽車(chē)級芯片情況下的無(wú)奈選擇。

　　NEC電子從1995年開(kāi)始向市場(chǎng)提供專(zhuān)業(yè)的系列芯片：CAN ASSPn。從最早的μPD780852到后來(lái)μPD780828(根據客戶(hù)的需要，分別提供掩膜和flash版本的芯片)。本文以國內中、低端汽車(chē)儀表盤(pán)的系統構成為主要對象，介紹了基于NEC電子汽車(chē)儀表盤(pán)領(lǐng)域的專(zhuān)用芯片--μPD78F0822的系統設計。

　　在目前的中國市場(chǎng)中，一般中、低端的汽車(chē)儀表盤(pán)會(huì )有如下配置：

　　4個(gè)步進(jìn)馬達驅動(dòng)的顯示表：車(chē)速表、轉速表、燃油表、水

　　溫表→通過(guò)0822芯片中集成的4個(gè)步進(jìn)馬達驅動(dòng)來(lái)實(shí) 現對儀表指針的控制。

　　LCD顯示：大、小里程→通過(guò)0822芯片中集成的LCD驅 動(dòng)可以實(shí)現最大136段的顯示。

　　蜂鳴器→用于產(chǎn)生各類(lèi)不同的報警聲諸如：安全帶未系、未鎖車(chē)門(mén)等。

　　各個(gè)功能顯示小燈→通過(guò)MCU的I/O口來(lái)實(shí)現對客戶(hù)所 需要的報警燈的控制。

　　在系統設計中以這四個(gè)模塊為主要對象，說(shuō)明該方案的功能實(shí)現、資源利用以及控制方法。

　　系統設計

　　在NEC電子(中國)有限公司上海分公司設計的解決方案中，使用了CAN總線(xiàn)來(lái)實(shí)現數據的傳送、對步進(jìn)電機的驅動(dòng)以及對信號燈的驅動(dòng)等。當然，根據客戶(hù)的不同需要，也可以提供線(xiàn)束的方案。圖1是CAN3+Demo的系統框圖以及該系統中用到的CAN3+微控制器外圍模塊。

　　單片機接收由CAN總線(xiàn)發(fā)送來(lái)的數據，主要包括車(chē)速、轉速、油位、溫度、里程、損壞程度以及各種指示信號。單片機根據接收到數據的實(shí)際情況來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機從而使指針到達指定的位置。如果汽車(chē)損壞大于設定的值，則由蜂鳴器發(fā)出報警信號。如果接收到指示信號，則點(diǎn)亮相應的背光指示燈。為防止里程丟失，在程序運行過(guò)程中及時(shí)保存里程值。

　　儀表盤(pán)從CAN總線(xiàn)接收到的數據是由另外一塊Demo板提供的，該Demo板把采集到的與儀表盤(pán)相關(guān)的數據每隔10ms向儀表盤(pán)發(fā)送一次。

　　四個(gè)儀表的功能定義

　　1、車(chē)速表：采用步進(jìn)電機驅動(dòng);車(chē)速最大量程為200km/h，最小分度為5km/h，車(chē)速信號從CAN總線(xiàn)傳過(guò)來(lái)。車(chē)速表指針響應時(shí)間及時(shí)。當汽車(chē)速度平穩變化時(shí)，車(chē)速表指針運動(dòng)平穩。在任一恒定速度下，指針擺動(dòng)范圍不超過(guò)1km/h。

　　2、轉速表：采用步進(jìn)電機驅動(dòng);轉速最大量程為8000r/m，最小分度為200r/m，該信號從CAN總線(xiàn)傳過(guò)來(lái)。轉速表指針響應時(shí)間及時(shí)。當轉速平穩變化時(shí)，轉速表指針運動(dòng)平穩。在恒定轉速下，在任一恒定轉速下，指針擺動(dòng)范圍在70r/m以?xún)取?/p>

　　3、燃油表：采用步進(jìn)電機驅動(dòng)，信號從CAN總線(xiàn)傳過(guò)來(lái)。指針表示燃油箱中估計的燃油量。

　　指示圖上：E--燃油箱空;F--燃油箱滿(mǎn)。

　　4、水溫表：采用步進(jìn)電機驅動(dòng)，信號從CAN總線(xiàn)傳過(guò)來(lái)。

　　儀表控制器/驅動(dòng)器

　　儀表控制器/驅動(dòng)器可以驅動(dòng)步進(jìn)電機，從而控制外部?jì)x表或者十字線(xiàn)圈。主要有以下幾個(gè)功能：

　　可以設置8位精度的脈寬

　　具有1位附加功能的8+1位精

　　度的脈寬

　　可以同時(shí)驅動(dòng)4個(gè)360° 類(lèi)型的

　　步進(jìn)電機

　　圖2是儀表控制器/驅動(dòng)器結構圖。

　　步進(jìn)電機的規格說(shuō)明

　　所使用的步進(jìn)電機的規格如下：

　　工作電壓： 5V～10V

　　線(xiàn)圈電阻： 280Ω

　　消耗電流： 15mA

　　啟動(dòng)頻率： 160Hz

　　最大驅動(dòng)頻率： 600Hz

　　為了使電機運轉更加平穩，減少工作噪音，本設計中采用了細分技術(shù)，用更精密更接近正弦波的脈沖序列來(lái)驅動(dòng)電機，使電機獲得小腳度的微步步進(jìn)(如圖3)。

　　LCD顯示

　　LCD部分主要顯示里程累計和里程小計。

　　里程累計

　　里程累計顯示總里程(0~999999km)，當它達到最大讀數(999999km)時(shí)，則保持此值。

　　如果電池電壓被斷開(kāi)，為了防止里程累計的值丟失，微控制器每?jì)晒锔乱淮萎斍袄锍滩⒈４嬖贓EPROM中。如果電池電壓斷開(kāi)，最大累計公里丟失值為+1km，如果發(fā)現存于EEPROM中的值有誤，Error將取代里程累計顯示。

　　里程小計

　　里程小計顯示在LCD的右邊，它顯示的是從上次里程小計清零后或電池電壓斷開(kāi)后的行駛總里程。它的工作范圍是從0～999.9km，精度為0.1km，內容只保留在RAM中。

　　信號燈控制

　　在本設計中，信號燈采用端口控制。共設計了24個(gè)信號燈，包括轉向燈、車(chē)門(mén)開(kāi)燈、停車(chē)燈等等。

　　軟件處理

　　主程序流程圖見(jiàn)圖4。

　　步進(jìn)電機控制程序見(jiàn)圖5。

　　CAN控制器的功能

　　通過(guò)0822的資源，可以通過(guò)CAN接口或線(xiàn)束實(shí)現數據的傳輸并完成對馬達、指示燈、LED的控制。

　　結語(yǔ)

　　NEC電子的汽車(chē)儀表盤(pán)專(zhuān)用芯片從以下兩個(gè)方面為客戶(hù)帶來(lái)了優(yōu)勢：

　　1.專(zhuān)用的汽車(chē)級芯片為極限溫度和抗電磁干擾提供保證，從而大大提升了產(chǎn)品的安全性。

　　2.在芯片中集成了步進(jìn)馬達的驅動(dòng)和LCD的驅動(dòng)，為客戶(hù)提供了便利：一顆芯片集成了過(guò)去三顆芯片的功能，為客戶(hù)節省了系統成本;在客戶(hù)布板時(shí)節省了空間，同時(shí)降低了電磁干擾。

　　隨著(zhù)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )化作為汽車(chē)電子不可逆轉的趨勢，儀表盤(pán)作為車(chē)載網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)節點(diǎn)，與車(chē)載網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通訊、交換數據的需要不可或缺。NEC電子這款帶CAN通道的μPD78F0822芯片，使儀表盤(pán)作為一個(gè)節點(diǎn)可以通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )發(fā)送/接受命令。同時(shí)，CAN通道的介入也可以使儀表盤(pán)成為諸如KWP2000中的一個(gè)節點(diǎn)，從而被列入汽車(chē)維護中的一個(gè)項目;CAN本身作為一個(gè)串口的模式，對需要使用自編程模式來(lái)進(jìn)行程序更新的客戶(hù)又提供了一個(gè)選擇。