基于MC9S12XHZ512的汽車(chē)組合儀表設計
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現在的汽車(chē)儀表也有以微處理器、針式儀表盤(pán)、CAN總線(xiàn)、指示燈、帶記錄存儲功能的儀表，但這種汽車(chē)儀表沒(méi)有模擬量采樣復用和步進(jìn)電機。模擬量采樣復用可以實(shí)現電流、電壓、電阻信號采樣的復用，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò )的調整可以設置單個(gè)采樣端口的采樣信號類(lèi)型，因此可以適應多種傳感器，提高產(chǎn)品的適應性。而使用步進(jìn)電機可以非常精確地控制電機轉動(dòng)軸位置，而不需要昂貴的傳感器和控制電路，跟蹤所加輸入脈沖數可知其位置，且步進(jìn)電機具有良好的起動(dòng)和停止響應功能。因此，為了能夠滿(mǎn)足汽車(chē)儀表高抗干擾能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求，本文設計了一種帶有模擬量采樣復用和帶有步進(jìn)電機的總線(xiàn)式汽車(chē)智能組合儀表。
1 儀表結構的組成原理
儀表的組成模塊如圖1所示，由采集控制模塊、顯示模塊和外圍電路模塊組成。顯示模塊和外圍電路模塊均與采集控制模塊相連。采集控制模塊包括主處理器和輸入輸出模塊，輸入輸出模塊與主處理器相連。顯示模塊包括顯示接口模塊和顯示處理器，并且互相連接。采集控制模塊中的模擬量采樣復用電路，包括電阻網(wǎng)絡(luò )調整電路和模擬量復用輸入信號前級處理電路，經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò )調整電路調整后的輸入信號，經(jīng)模擬量復用輸入信號前級處理電路選擇，傳輸至采集控制模塊的主處理器。
2.1 步進(jìn)電機的驅動(dòng)設計
車(chē)速表、轉速表、油位表和水溫表均由步進(jìn)電機驅動(dòng)。硬件設計時(shí)只需用引線(xiàn)將單片機與步進(jìn)電機連接即可。圖2為單獨一個(gè)步進(jìn)電機工作在雙全橋模式時(shí)的連接方法，它由兩個(gè)脈寬調制(PWM)通道控制，通道X控制線(xiàn)圈0，通道X+1控制線(xiàn)圈1。實(shí)際電路的原理圖如圖3所示，M1、M2、M3和M4分別為車(chē)速表、轉速表、油位表和水溫表。
2.2 利用實(shí)時(shí)中斷RTI控制步進(jìn)電機
為了解決實(shí)時(shí)性問(wèn)題，采用實(shí)時(shí)中斷RTI來(lái)控制步進(jìn)電機。RTI是時(shí)鐘和復位發(fā)生器中的一個(gè)子模塊，可以產(chǎn)生實(shí)時(shí)中斷。本文采用的分頻系數為3×215，即F=8 M/3×215=81.38 Hz，每次中斷間隔時(shí)間t=1/81.38=12.3 ms。微控制器每12.3 ms改變一次所有步進(jìn)電機的輸出，進(jìn)而改變步進(jìn)電機的指針位置。當步進(jìn)電機的控制方式是雙四拍的時(shí)候，每次中斷都給指令(永久磁體)使其轉動(dòng)90°(一個(gè)分步)，即每經(jīng)過(guò)4次實(shí)時(shí)中斷轉子轉過(guò)一周(一個(gè)全步)。在RTI實(shí)時(shí)中斷間隔內可以運行另外的程序。
因為油位表、發(fā)動(dòng)機轉速表和水溫表的數據都是從CAN總線(xiàn)傳過(guò)來(lái)的，所以將這三塊表的程序整理到同一個(gè)模塊中，轉速表和水溫表的函數功能與油位表相同。程序流程圖如圖4所示。
利用實(shí)時(shí)中斷控制步進(jìn)電機時(shí)，每次中斷步進(jìn)電機只能走一分步，因為一周之內的四分步在引腳的輸出不同，所以首先要判斷轉子處在哪個(gè)位置。每次中斷都要判斷步進(jìn)電機的變量是否更新，并且判斷正轉還是反轉，以決定調用哪個(gè)單步函數。
3 模擬量采樣復用電路設計
本儀表設計的模擬量采集復用電路能夠通過(guò)調整電阻網(wǎng)絡(luò )分別實(shí)現電壓、電流、電阻信號的測量，如圖5所示。
(1)當接入的模擬量為電壓信號時(shí)，電路調整如圖6所示。
(2)當接入的模擬量為電流信號時(shí)，電路調整如圖7所示。
該電路在實(shí)際應用過(guò)程中，可根據需要采樣的信號類(lèi)型、信號范圍以及芯片模擬量接口基準電壓的值計算并確定電阻網(wǎng)絡(luò )中相關(guān)電阻的大小。
本設計是基于飛思卡爾MC9S12XHZ512單片機的智能組合儀表，其中的模擬量采樣復用技術(shù)可以實(shí)現調整電阻網(wǎng)絡(luò )分別接入采樣電流、電壓、電阻信號，可以適用于多種傳感器，提高了儀表系統的靈活性。為了能使步進(jìn)電機實(shí)時(shí)平穩運轉，開(kāi)發(fā)了步進(jìn)電機的驅動(dòng)程序，采用實(shí)時(shí)中斷控制步進(jìn)電機，很好地滿(mǎn)足了汽車(chē)儀表高抗干擾能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求。
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