基于A(yíng)DμC845的車(chē)用數字儀表的設計

　　車(chē)用儀表是車(chē)輛上最重要的人機交互設備之一，主要用來(lái)向駕駛人員提供與車(chē)輛運行狀態(tài)有關(guān)的信息。隨著(zhù)電子技術(shù)的廣泛應用，傳統汽車(chē)儀表必將逐步被以微處理器為核心的電子控制數字儀表所取代。

　　1 系統的工作原理和功能框圖

　　本文中提出用ADμC845單片機及相關(guān)傳感器器件對車(chē)用數字儀表系統進(jìn)行設計。

　　本系統功能由硬件和軟件兩大部份協(xié)調完成。硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉換以及各種數據信息的顯示等;軟件主要完成信號的處理及控制功能等。系統功能框圖如圖1所示。ADμC845單片機獲取各個(gè)傳感器的輸出信號，經(jīng)自身模數轉換器轉換。轉換后的數據由LCD液晶屏及LED指示燈顯示輸出，當部分數據達到或超過(guò)設定的峰值時(shí)。輸出告警信號。

　　圖1系統功能框圖

　　2 硬件設計

　　2.1主控模塊

　　本系統采用ADμC845作為主芯片.它是ADI公司新推出的高性能24位數據采集與處理系統.它內部集成有兩個(gè)高分辨率的△-∑ADC、10/8通道輸入多路復用器、一個(gè)8位MCU和程序，數據閃速/電擦除存儲器。同時(shí)可提供62KB的閃速/電擦除程序存儲器，4KB閃速/電擦除數據存儲器和2304B的數據RAM。

　　ADμC845可通過(guò)一個(gè)片內鎖存環(huán)PLL產(chǎn)生一個(gè)12.58MHz的高頻時(shí)鐘，以使之運行于32KHz外部晶振。該時(shí)鐘可通過(guò)一個(gè)從MCU核心時(shí)鐘工作頻率分離的可編程時(shí)鐘發(fā)送。片內微控制器是一個(gè)優(yōu)化的單指令周期8052閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統兼容的同時(shí)。具有12.58MIPS的性能。兩個(gè)獨它的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個(gè)輸入多路復用器，一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)可直接測量低幅度信號的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術(shù)來(lái)提供優(yōu)良的直流(DC)失調和失調漂移指標。ADμC845同時(shí)具有串行下載和調度模式.可通過(guò)EA引腳提供引腳競爭模式。

　　本系統的模數轉換部分就采用此單片機本身的24位乏一∑-△型ADC。它可被設置成4/5個(gè)全差分輸入通道或8/10個(gè)偽差分輸入通道。主通道有緩沖器和內部緩沖禁止功能，輸入范圍在±20mV～±2.56mV之間分成8個(gè)擋，使用時(shí)可以任選一擋，這些通道用于直接轉換來(lái)自傳感器的信號。輔助通道用于接收輔助信號的輸入此通道無(wú)緩沖器，只有一個(gè)固定為±2.56V的輸入范圍。

　　2.2傳感器模塊

　　2.2.1溫度傳感器。本系統的溫度傳感器采用的是精密級鉑電阻溫度傳感器PTl000.它的線(xiàn)性好，溫度系數分散性小，性能穩定。此傳感器裝在冷卻液回路中以測量冷卻液的溫度，測溫范圍為-40~+130℃。PTl000的輸出電壓經(jīng)過(guò)電壓調理電路直接接到單片機的模數轉換的模擬通道。當冷卻液溫度過(guò)高時(shí)。輸出告警信號。

　　2.2.2霍爾傳感器。車(chē)速傳感器和發(fā)動(dòng)機轉速傳感器采用霍爾傳感器。當車(chē)輪開(kāi)始旋轉時(shí)，霍爾傳感器開(kāi)始產(chǎn)生一連串脈沖信號，通過(guò)在單位時(shí)間對其計數計算出車(chē)輛行駛的瞬時(shí)速度和發(fā)動(dòng)機轉速，累計脈沖信號可計算出車(chē)輛行駛的里程。由于脈沖位置的占空比在任何速度下保持恒定不變，為了改善波形，我們通過(guò)RC濾波和三級管放大的處理方法對脈沖信號進(jìn)行整形放大的。

　　2.2.3油量傳感器。油量信號為模擬信號，所以我們通過(guò)高精度的電容式油鼉傳感器得到脈沖信號，并經(jīng)過(guò)濾波、放大和線(xiàn)性化電路的處理，送人單片機模數轉換的模擬通道。由于車(chē)輛運行中的顛簸使得郵箱內燃油的液位也在不斷的擺動(dòng)，所以其調理電路中的元件參數尤為重要。合理的電路將有助于軟件中的數據處理。到轉一周的時(shí)間-由此算出運行速度。

　　2.2.4機油壓力傳感器。壓力傳感器采用電子式機油壓力傳感器，它安裝在發(fā)動(dòng)機的主油道上.壓力范圍為0.01~0.6Mpa。當發(fā)動(dòng)機運行時(shí)。壓力測量裝置檢測機油的壓力并將壓力信號轉變?yōu)殡娦盘査?，?jīng)過(guò)電壓放大和電流放大，通過(guò)信號線(xiàn)將放大后的電信號送入單片機模數轉換的模擬通道。單片機將轉換后的數值與預設的告警電壓值進(jìn)行比較。當低于告警電壓時(shí).輸出告警信號。

　　2.3顯示模塊

　　顯示模塊包括LED指示燈和LCD液晶顯示。液晶采用有20個(gè)外部引腳的圖形點(diǎn)陣液品顯示器LSDl2864CT。它采用8位數據總線(xiàn)和5條控制線(xiàn)與單片機連接.如圖2所示?？娠@示圖形和8x4個(gè)(16x16點(diǎn)陣)漢字。采用帶有漢字庫的液晶顯示屏.使得各項顯示的數據更加直觀(guān)和清晰易懂。LED顯示的內容包括機油壓力過(guò)低、冷卻水溫度過(guò)高、燃油過(guò)少、手剎車(chē)未松、車(chē)門(mén)未關(guān)好、后備箱未關(guān)嚴、請系上安全帶等。LCD液晶顯示的內容包括車(chē)速、里程、發(fā)動(dòng)機轉速、冷卻液溫度、燃油量、機油壓力等等。

　　2.4鍵盤(pán)控制電路

　　鍵盤(pán)控制電路由ADμC845的P3.0～P3.5構成。其接法如圖2所示。該鍵盤(pán)有2行4列共8個(gè)鍵。使用6個(gè)I/0作為控制線(xiàn)。其中采用P3.0、P3.1作為行掃描線(xiàn)，采用P3.2。P3.5作為列回復線(xiàn)來(lái)構成矩陣鍵盤(pán)。在運行中.為防止按鍵的連擊和抖動(dòng)，當有鍵按下時(shí)。程序并不立即進(jìn)入按鍵處理程序。只有在按鍵按下又松開(kāi)的時(shí)刻才進(jìn)入程序處理。

　　圖2顯示及鍵盤(pán)電路

　　3 軟件設計

　　本系統的軟件設計包括了系統主程序、鍵盤(pán)掃描子程序、中斷子程序、數據采集與A/D轉換子程序、LCD及LED指示燈顯示子程序、告警信號子程序、看門(mén)狗定時(shí)器與電源監視器子程序等。

　　3.1主程序設計

　　主程序主要實(shí)現對系統的初始化以及對各個(gè)子程序的調用，如圖3所示。系統初始化主要包括對液晶顯示器、顯示緩沖值、中斷及寄存器標志值的初始化等。

　　3.2數據采集及轉換子程序設計

　　此子程序根據由模擬通道輸入的相應模擬信號進(jìn)行采樣、量化并進(jìn)行相應的運算處理，最后將相應信號的數值返回主程序。

　　3.3中斷子程序

　　本系統的中斷源主要包括霍爾傳感器產(chǎn)生的中斷脈沖、看門(mén)狗定時(shí)器和電源監視器等。而ADμC845的中斷系統可以提供1 1個(gè)中斷源，完全可以滿(mǎn)足本系統的要求?；魻栐诿哭D一圈時(shí)輸出一個(gè)低電平，積累電平的次數并結合輪胎的周長(cháng)，可得出車(chē)輛行駛的里程。采用分頻器由霍爾元件得到低電平，低電平產(chǎn)生中斷并啟動(dòng)計數器，在第二個(gè)低電平到來(lái)時(shí)停止計數，得到轉一周的時(shí)間，由此算出運行速度。統計單位時(shí)間內霍爾電平變化的次數.可以得出發(fā)動(dòng)機的實(shí)時(shí)轉速。

　　圖3主程序流程圖

　　3.4顯示及告警子程序

　　顯示子程序根據鍵盤(pán)掃描結果提取顯示緩沖值，然后完成數值、符號在液晶屏及LED燈上的顯示輸出。

　　當發(fā)生冷卻液溫度過(guò)高、油量不足設定值或是機油壓力不夠等異常情況時(shí).告警子程序點(diǎn)亮相應的指示燈并使音頻裝置產(chǎn)生不同頻率的告警信號以引起使用者的注意。

　　4 抗干擾設計

　　ADμC845單片機具有很好的抗電磁干擾性能.但為保證系統穩定、可靠的運行.本次設計仍采用了硬件電路設計和軟件的看門(mén)狗程序設計相結合的抗干擾措施。

　　硬件電路設計主要包括以下部分：系統電源由車(chē)載電瓶電源經(jīng)過(guò)變壓、穩壓、濾波后得到.并加入限流電阻和穩壓管，以防止高壓及反相輸入：為了在掉電的時(shí)候可以及時(shí)地保存里程數據.在電源地輸入端加一個(gè)1000F的電解電容：采用一點(diǎn)連接，以減少數字和模擬電路電源之間的干擾，特別是數字電路對模擬電路的干擾;采用光電隔離器，將單片機系統和各種傳感器、開(kāi)關(guān)從電氣上隔離開(kāi)來(lái)。

　　軟件抗干擾是指對ADμC845的看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)和電源監視器(PSMI)的軟件編程。在使能看門(mén)狗后。如果在預定的時(shí)間內沒(méi)有進(jìn)行“喂狗”操作，即對WDCON中的WDE位置1，看門(mén)狗將使系統服務(wù)復位或產(chǎn)生中斷;當數字電源或模擬電源低落到一定的值時(shí)產(chǎn)生PSMI中斷，由CMPA和CMPD的低電平指明是數字電源還是模擬電源低落。如果CMPA和CMPD回到高電平.在保持高電平250ms之后清除PSMI。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文創(chuàng )新點(diǎn)：利用新型的、抗干擾性能突出的ADμC845單片機和傳感器以及液晶顯示屏對車(chē)用數字儀表系統進(jìn)行了設計。寬屏的液晶顯示器使本系統的顯示功能更加的強大。同時(shí)，新型的ADμC845單片機.也為下一步在此基礎上開(kāi)發(fā)綜合信息系統，擴充顯示和控制信息種類(lèi)，拓開(kāi)了更加廣闊的空間。