基于CAN總線(xiàn)汽車(chē)組合儀表的設計與研究

步進(jìn)電機(Step motor)是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰芿(或線(xiàn)位移S)的開(kāi)環(huán)控制元件，是數字控制系統的一種執行元件。工作原理是建立在被勵磁的定子電磁鐵吸引可選轉的銜鐵產(chǎn)生轉矩而旋轉，即靠磁鐵引力作用把電磁能轉換成機械角位移。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個(gè)脈沖信號，電機則轉過(guò)一個(gè)步距角。脈沖的個(gè)數決定了轉角的大小，而脈沖的頻率決定了電機的轉速。這一線(xiàn)性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機只有周期性的誤差而無(wú)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)電機來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。一般步進(jìn)電機可分為二相、三相、四相和六相。


本系統步進(jìn)電機選用深圳偉力驅動(dòng)有限公司的VID29系列二相汽車(chē)儀表步進(jìn)電機。 vID29-XX/VID29~xXp儀表步進(jìn)電機是一種精密的步進(jìn)電機，內置減速比180/1的齒輪系，主要應用于車(chē)輛的儀表指示盤(pán)，也可以用于其他儀器儀表裝置中，將數字信號直接準確地轉為模擬的顯示輸出。VID29步進(jìn)電機需要兩路邏輯脈沖信號驅動(dòng)，其特點(diǎn)如下:


可以工作于3.5V一10V的脈沖下;
輸出軸的步距角最小可以達到1/12⁰，最大角速度600⁰/s，輸出轉角轉動(dòng)范圍為315⁰?？捎梅植侥Ｊ交蛭⒉侥Ｊ津寗?dòng)。
選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)特種材料和汽車(chē)級特殊工程塑料，同時(shí)兼顧防火等安全性能;

采用具有最低噪聲和超低摩擦效果的特殊齒形，保證了馬達的長(cháng)期運轉壽命和性能。

步進(jìn)電機的分步驅動(dòng)控制模式:VID29步進(jìn)電機是經(jīng)三級齒輪減速轉動(dòng)輸出的，驅動(dòng)要求是用標準的SV邏輯電路電壓，可以以分步驅動(dòng)模式直接驅動(dòng)馬達，電流需求為20mA。在分步模式下，每個(gè)脈沖可以驅動(dòng)馬達轉子轉動(dòng)600(即輸出軸轉動(dòng)1/3度)。電機轉動(dòng)的方向取決于施加在電機左右線(xiàn)圈上的周期性脈沖序列的相位差。如下圖所示，左線(xiàn)圈電壓UL相位超前于右線(xiàn)圈電壓UR時(shí)(相位差為/3)，VID29一XX系列的電機輸出軸將順時(shí)針旋轉，VID29一XXP系列的電機輸出軸將逆時(shí)針旋轉。

分步驅動(dòng)模式脈沖序列如圖4一14所示:

微步驅動(dòng)模式(細分驅動(dòng))脈沖序列如圖4-15所示:

它的轉速n(或線(xiàn)速度v)與脈沖頻率f成正比。步距角越小，指針轉動(dòng)角度越小，儀表顯示的精度越高。步距角與脈沖頻率的關(guān)系可用以下關(guān)系式來(lái)計算:

φ=180*f/(I*S)
式中φ:步進(jìn)電機的步距角
f:脈沖頻率
I:電機齒輪減速比
S:驅動(dòng)模式分布數(分步/微步)

步進(jìn)電機的位置和速度由導電次數(脈沖數)和頻率成一一對應關(guān)系，而方向由導電順序決定。

由于H128內部集成了6個(gè)步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊，所以無(wú)需擴展電路即可實(shí)現步進(jìn)電機與H128硬件接口電路的連接。通過(guò)分布驅動(dòng)模式，每個(gè)脈沖可驅動(dòng)步進(jìn)電機轉動(dòng)1/3度，滿(mǎn)足汽車(chē)儀表的精度要求(如需更高精度，可通過(guò)擴展微步驅動(dòng)芯片，使步進(jìn)電機每個(gè)步為1八2度)。步進(jìn)電機與H128的硬件連接如圖4一16:

圖中PUO一PU7，PVO一PV7，PWO一PW7直接與H128的輸出引腳連接。由于各步進(jìn)電機直接由H128驅動(dòng)，所以可以通過(guò)修改程序數據輸出接口辦法改變步進(jìn)電機布置。

4.8 復位電路及E²PROM設計
單片機系統通常是在一個(gè)特定的客觀(guān)環(huán)境下為完成或實(shí)現某種功能而設計的，因此系統處于工作狀態(tài)時(shí)，勢必會(huì )受到各種外界干擾因素的影響。這種外界干擾因素會(huì )導致系統內部數據出錯，甚至會(huì )嚴重影響程序的運行，使單片機受到干擾失控導致導致程序跑飛或陷入死循環(huán)，通過(guò)采取一定的軟硬件措施使程序脫離死循環(huán)或重新運行。

本系統采取了外擴芯片實(shí)現的硬件方式，選取xlc0R公司的x5045[sll。集成了看門(mén)狗定時(shí)器、EZPROM數據存儲器、和電源監測為一體，采用SPI的方式與MCU相連，用于低電壓復位信號的單片機(H128為低電壓復位)。因其體積小、占用UO口少等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應用于工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域 。

CS:芯片選擇輸入端，當CS為低電平時(shí)芯片處于工作狀態(tài)
50:串行數據輸出端，在串行時(shí)鐘的下降沿，數據通過(guò)50端移位輸出
Sl:串行數據輸入端，數據在串行時(shí)鐘的上升沿鎖存
SCK:串行時(shí)鐘，，為數據讀/寫(xiě)提供串行總線(xiàn)定時(shí)
WP:寫(xiě)保護輸入端，當WP為低電平時(shí)，向X5045的寫(xiě)操作被禁止，但器件的其他功能正常。
RESET:復位信號輸出端。

x5045除了wTD(看門(mén)狗)功能外，另一個(gè)重要的基本功能就是作為EZPROM數據存儲器使用，內部包含 512xs的串行EZPROM，以保證系統在掉電后仍可維持重要數據不變。x5045與H128采用SPI總線(xiàn)接口連接方式，程序，獲得準確的脈沖累計計數，并將此值傳送給X5045存儲。X5045是理想的自動(dòng)貯存非易失性SRAM，內部含有EEPROM，存儲容量256bit，能夠在失去vCc的時(shí)候自動(dòng)執行存儲操作 (SRAM—EEPRoM)，非常適合對里程的累計記錄。芯片內部包含一個(gè)指令移位寄存器，該寄存器可以通過(guò)SPI來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。X5045與H128連接的電路如圖4一18所示: