基于MC9S12HZ256的總線(xiàn)式汽車(chē)數字儀表設計
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信號采集包含CAN總線(xiàn)數據采集和傳感器數據采集。通過(guò)模擬量信號分壓，脈沖信號濾波整形，開(kāi)關(guān)信號光電隔離，微處理器采集傳感器信號，同時(shí)通過(guò)收發(fā)器讀取CAN總線(xiàn)信號，然后進(jìn)行信號處理，再通過(guò)控制器驅動(dòng)步進(jìn)電機，LCD液晶屏及其他器件。在實(shí)際車(chē)載環(huán)境中，該系統設計遵循SAE J1939協(xié)議在CAN總線(xiàn)上獲取發(fā)動(dòng)機轉速、水溫和故障代碼信息，車(chē)速、油量、機油壓力、制動(dòng)氣壓等信息則以模擬量和脈沖量形式從相應傳感器讀取。
2．1 MC9S12HZ256微控制器
MC9S12HZ256是飛思卡爾公司生產(chǎn)的MC9S12系列面向汽車(chē)儀表應用的增強型16位單片機微控制器(MCU)。其集成度高，片內資源豐富，功能強大，接口模塊包括SPI、SCI、FC、A／D、PWM等。采用增強型16位S12CPU，加入鎖相環(huán)電路，可產(chǎn)生高于外部晶振頻率的時(shí)鐘信號，片內總線(xiàn)時(shí)鐘頻率最高達25 MHz；具有12．KB RAM、2 KB的EEPROM；2個(gè)異步串行通信接口(SCI)，1個(gè)同步串行設備接口(SPI)，1個(gè)FC總線(xiàn)接口(12C)；1個(gè)8通道16位定時(shí)器(TIM)，1個(gè)16通道10位模數轉換器(ATD)，1個(gè)6通道脈沖寬度調制器(PWM)，2個(gè)CAN控制器模塊(兼容CAN 2．0 A／B)。此外，這款MCU還集成1個(gè)32x4的液晶驅動(dòng)模塊(LCD)。再有該單片機的背景調試模式(BDM)和CodeWarrior開(kāi)發(fā)環(huán)境，使應用該款單片機的總線(xiàn)式汽車(chē)數字儀表的外圍硬件電路相對簡(jiǎn)化，開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單、方便。
2．2 步進(jìn)電機及其驅動(dòng)
步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉換成相應的角位移或線(xiàn)位移的轉換器，且其轉速或線(xiàn)速度與脈沖頻率成正比。步進(jìn)電機可以用脈沖信號直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)定位控制，無(wú)需位置或速度傳感器。VID29系列步進(jìn)電機內置減速比180／1的齒輪系，可工作于5～10 V的脈沖下。在微步模式下，1個(gè)脈沖可使轉子轉動(dòng)15°，相應輸出軸轉動(dòng)(1／12)°，最大角速度600°／s。每片VId66-06儀表步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片可同時(shí)驅動(dòng)4路步進(jìn)電機以微步模式工作，工作原理如圖2所示。每個(gè)步進(jìn)電機只需2路控制信號。在輸入信號F(SCX)的上升沿驅動(dòng)電機輸出軸轉動(dòng)1個(gè)微步，即(1／12)°，輸入信號“CW／CCW”(順時(shí)針／逆時(shí)針)控制步進(jìn)電機輸出軸轉向。
2．3 CAN節點(diǎn)設計
主控器件MC9S12H256集成有支持CAN2．0A／B的CAN控制器，并集成CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對數據通信的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、CRC校驗和優(yōu)先級判別等。選用CAN收發(fā)器PCA82C250，該收發(fā)器適用于汽車(chē)中高速(高達l Mb／s)CAN總線(xiàn)數據傳輸。設置終端電阻(一般為120 Ω)與CAN控制器與物理總線(xiàn)間的接口，以提升總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。圖3為CAN接口電路。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/197700.htm
2．4 脈沖信號處理
霍爾式車(chē)速傳感器的輸出信號為矩形波。磁電式車(chē)速傳感器的輸出信號為正弦波，信號頻率與車(chē)速均成正比。速度信號經(jīng)處理電路轉換為單片機能夠處理的矩形波信號，測量車(chē)速即測量矩形波頻率。
周期法是利用標準時(shí)鐘信號序列填充被測信號的一個(gè)或多個(gè)周期。通過(guò)計數標準時(shí)鐘脈沖個(gè)數來(lái)計算被測信號周期的測量方法。被測信號周期為T(mén)，參考時(shí)基信號周期為τ，標準脈沖個(gè)數為n，被填充的被測信號周期個(gè)數為N，則有：
測量誤差主要來(lái)自2部分：一部分是標準時(shí)基的相對誤差dτ／τ，由于標準時(shí)基是由單片機內部的石英晶振產(chǎn)生的，這部分誤差通常在10-6以下，可忽略；另一部分是計數誤差dn／n，該誤差產(chǎn)生的原理如圖4所示。
時(shí)基信號序列的最后一個(gè)正跳變未處在被填充的被測信號范圍內，可產(chǎn)生的最大計數誤差為-1。這部分誤差在低速時(shí)很小，在高速時(shí)稍大。以車(chē)輛特征系數(車(chē)輛行駛每公里里程時(shí)速度傳感器的轉數)為l 320，8脈沖車(chē)速傳感器為例，標準時(shí)基信號周期為50 μs，車(chē)速為100 km／h時(shí)。最大相對誤差為1．47％，車(chē)速為180 km／h時(shí)，最大相對誤差為2．64％。完全符合汽車(chē)摩托車(chē)儀表標準QC／T727-2004中對車(chē)速表誤差的基本要求。適當降低時(shí)基信號周期τ和高速時(shí)增加N值可減小誤差。周期法計算車(chē)速V：
式中，Z為輪速傳感器旋轉一周輸出脈沖個(gè)數；Ω為車(chē)輛特征系數，即汽車(chē)每行駛1 km輪速傳感器的轉數。
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