PIC16C72A在汽車(chē)智能儀表中的應用

1 設計思想

汽車(chē)儀表是司機與汽車(chē)之間進(jìn)行信息交流的窗口和界面，對于提高汽車(chē)儀表使用壽命、安全和經(jīng)濟行駛有著(zhù)積極而重要的作用。本設計采用 PIC16C72A單片微型計算機作為儀表的核心，汽車(chē)原有傳感器無(wú)需更換，傳感器的輸出信號通過(guò)信號調理電路后送人CPU，經(jīng)CPU處理后的信號采用時(shí)分技術(shù)通過(guò)VFD顯示器顯示出來(lái)。實(shí)時(shí)顯示車(chē)速、發(fā)動(dòng)機轉速、水溫、油位、總里程、子里程等車(chē)況參數，并對信息進(jìn)行復雜處理從而為司機提供平均車(chē)速、經(jīng)濟油耗、剩余油量能跑里程數等有用信息，同時(shí)，還能對瞬時(shí)行車(chē)信息進(jìn)行記錄存儲，實(shí)現“黑匣子”功能；對異常情況實(shí)現語(yǔ)音報警提示，且為今后功能擴展預留通訊接口。與傳統汽車(chē)儀表相比，該儀表具有功能豐富、可靠性高、精度高、可視性好、通用性強、且有儲存功能、無(wú)機械磨損、使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。

2 硬件結構

轎車(chē)用汽車(chē)電子智能儀表由傳感器、信號調理電路、單片機處理器、語(yǔ)音報警電路、顯示驅動(dòng)電路、VFD顯示器等部分構成。如圖1所示：

其中：S1為光電式車(chē)速傳感器，將對應于0～200公里／d,時(shí)的車(chē)速轉變成頻率范圍為0～136．3Hz的脈沖信號；

S2為脈沖信號式轉速傳感器，將對應于0～8000轉／分鐘的發(fā)動(dòng)機轉速變換成0～260Hz的頻率信號；
S3為熱敏電阻式溫度傳感器，用于測量汽車(chē)冷卻水的溫度，該傳感器將水溫的變化變換成電阻、電壓的變化；
s4為浮子一可變電阻式液位傳感器，將油位的變化變成電阻、電壓的變化；

Cnl、Cn2為車(chē)速測量通道、發(fā)動(dòng)機轉速測量通道的信號調理電路，由于車(chē)速和發(fā)動(dòng)機轉速傳感器輸出的是脈沖頻率信號，所以，與之相對應的信號調理電路的作用是對傳感器的輸出信號進(jìn)行整形、嵌位／限幅，以滿(mǎn)足CPU對輸人信號的要求。水溫和油量傳感器輸出的是模擬信號，其對應的信號調理電路 Cn3、Cn4為電阻傳輸網(wǎng)絡(luò )，將傳感器的輸出信號送到單片機自帶的A／D輸人端；CPU為微控制器，整個(gè)儀表的核心，對信號的采集、處理和輸出起控制指揮作用，芯片采用美國Microchip公司PIC16C72A芯片，它是帶有8位5通道A／D轉換器、4kX 14位的程序存儲器、128X8位的數據存儲器和3個(gè)定時(shí)器的8位微處理器；

E²PROM選用93LCA6B型三線(xiàn)串行電擦除可編程只讀存儲器，其容量為1k×16位，擦除周期1M次，顯示速度2ms，數據保持時(shí)間長(cháng)于4O年。在儀表中用于保存子里程、總里程數據以及當前車(chē)況，并保證掉電時(shí)數據不會(huì )消失，起到汽車(chē)“黑匣子”的作用；

ISD為語(yǔ)言芯片，儲存所有報警語(yǔ)言，驅動(dòng)報警喇叭；

DR1、DR2 為VFD 顯示驅動(dòng)器／控制器μPD16311芯片，一塊用于驅動(dòng)顯示發(fā)動(dòng)機轉速、總里程的VFD顯示屏，另一塊用于驅動(dòng)顯示車(chē)速、水溫、油量、子里程的VFD顯示屏；

SP為喇叭，當車(chē)速、發(fā)動(dòng)機轉速、水溫和油量等測量參數超限時(shí)，起語(yǔ)言提示報警作用；

VFD1、VFD2為熒光顯示屏，實(shí)時(shí)顯示車(chē)速、發(fā)動(dòng)機轉速、水溫、油位、總里程、子里程等車(chē)況參數；

DC／DC電源變換器，將汽車(chē)上原有的12V蓄電池供電電壓變成汽車(chē)智能組合儀表所需要的三種工作電壓：即微控制器、語(yǔ)言芯片、信號調理電路所需的+5V電壓，VFD顯示屏的陽(yáng)極和柵極所需的一32V電壓以及用于VFD顯示屏燈絲供電的交流4．2V電壓；

功能選擇開(kāi)關(guān)用于功能選擇，它有兩個(gè)作用：①切換多功能顯示區的顯示內容，多功能顯示區可以顯示子里程（km）、子里程行駛時(shí)間（hr：min）和剩油行駛里程（km）3項內容，缺省顯示內容為子里程，②對子里程和子里程行駛時(shí)間清零，按下按鍵的時(shí)間超過(guò)3s，即對子里程和子里程行駛時(shí)間清零；
亮度調節開(kāi)關(guān)，對VFD顯示器的亮度起調節作用。

3 軟件設計

儀表的軟件由四部分組成：即由系統時(shí)鐘程序、測控程序、按鍵／開(kāi)關(guān)處理程序和VFD顯示程序構成。系統時(shí)鐘程序完成對四個(gè)軟件定時(shí)器的處理，實(shí)現定時(shí)采樣時(shí)間的設定、子里程／行駛時(shí)間清零定時(shí)器的設定、多功能顯示時(shí)間定時(shí)器的設定、報警間隔定時(shí)器的設定等功能；測控程序主要包括數據采集程序、數據處理程序，完成對于車(chē)速、發(fā)動(dòng)機轉速脈沖信號和水溫、油位傳感器模擬信號的采集、數字濾波及其它各種數值的計算；按鍵／開(kāi)關(guān)處理程序完成對多功能顯示區切換、子里程和子里程行駛時(shí)間清零的功能；VFD顯示程序完成對發(fā)動(dòng)機轉速、水溫和油量的模擬光柱顯示和車(chē)速、總里程、子里程、行駛時(shí)間、剩油行駛里程等參數的數字顯示的功能。系統的主程序框圖如圖2所示：

汽車(chē)儀表在工作過(guò)程中環(huán)境變化無(wú)常，在設計上通過(guò)硬軟件綜合考慮，實(shí)現抗干擾和數據可靠存儲設計。在軟件抗干擾措施方面，首先考慮到數字信號在傳輸過(guò)程中受到干擾易引起碼元波形變壞，傳輸到接收端后，可能發(fā)生錯誤的情況，在編碼設計時(shí)，著(zhù)重考慮編碼結構，采用抗干擾性強的交織卷積碼的編碼方式；為了杜絕程序在使用過(guò)程中出現死循環(huán)或死機的現象，設計了看門(mén)狗電路，以實(shí)現硬件對軟件的保護作用；為了消除對數據采集帶來(lái)的誤差，對變化緩慢的油位傳感器等信號采樣值使用了算術(shù)平均法數字濾波，以消除油位波動(dòng)給采樣值帶來(lái)的影響。