基于H8Sx/1544的汽车组合仪表设计

2011-05-11 20:53:43来源: 电子产品世界

引言

  汽车仪表由各种仪表、指示器,特别是驾驶员用警示灯和警报器等组成,为驾驶员提供所需的汽车运行参数信息。按汽车仪表的工作原理不同,可大致分为三代。第一代汽车仪表是机械机心表;第二代汽车仪表称为电气式仪表[1];第三代为全数字汽车仪表,它是一种网络化、智能化的仪表,其功能更加强大,显示内容更加丰富,线束连接更加简单。

  目前的汽车仪表多为第三代仪表,它可以利用A/D转换或是数字脉冲直接从传感器获得数据,也可以利用CAN总线通过汽车网络获得数据;它可以通过步进电机来驱动仪表指针,也可以利用LCD屏直接显示图形或文字信息。同时它还有智能处理单元,可以与汽车其他控制单元交互信息。

总体需求及设计

  汽车仪表的功能就是获取需要的数据并采用合适的方式显示出来。以前的仪表一般限制在3~4个量的显示和4~5个警告功能,现在新式仪表则达到有约15个量的显示和约40个警告监测功能。导致仪表显示信息量快速增长的主要原因有以下几方面[2]:

  ● 汽车上的新功能部件不断增加,如ABS、安全气囊、倒车雷达等;

  ● 对汽车行驶中的状态要求更加实时的了解,如胎压、水温、油耗等;

  ● 对汽车各部件的工况要求更加细致的掌握,如灯光、车门、车锁、安全带等。

  不同的信息有不同的获取方式和显示方式,目前新式仪表信息获取方式主要有三种:

  ● 通过车身总线传输;

  ●通过A/D采样转化;

  ●通过IO状态变化获取。

  对于显示方式,主要有五种方式:通过驱动步进电机带动指针转动;通过点阵LCD屏显示图形或数字信息;通过段式LCD屏或数码管显示;通过LED灯的开关显示;通过蜂鸣器的不同鸣音指示当前状态。

  根据以上要求,本文设计的汽车仪表盘节点由MCU系统、步进电机驱动、LED显示、LCD显示、报警功能、记忆功能、按键处理、LIN总线通信、高速CAN通信、低速容错CAN总线通信以及电源供给等几个方面构成(图2)。

硬件电路设计

  H8Sx/1544是一款完全符合第三代汽车仪表需要的芯片,它具有高速运算能力的32位MCU,带有两路CAN通道,能直接驱动步进电机和LCD模块,性能参数满足汽车工业级要求[3]。外围模块包括步进电机控制PWM定时器,LCD模块接口,16位定时器脉冲单元(TPU),DMA控制器(DMAC),CAN总线控制器、串行接口,A/D转换器,警示灯和报警器的输出,LED PWM调光等。这些模块可以满足车速、转速、油量、冷却水液位的信号采集和显示,可以很容易地实现外设元件很少的仪表板电路[4]。基于H8Sx/1544的汽车仪表板框图如图3所示。

  6组步进电机可直接通过H8Sx/1544的PWM引脚驱动,分别用于指示汽车行驶的车速、发动机转速、冷却液温度、燃油箱的油量、机油压力和发电机电压。选用具有并行8080接口的点阵式液晶模块,可直接与MCU相连,用于显示图形和其他信息。高速CAN和低速CAN分别与汽车内的两个CAN网络相连,必要时可作为网关使用。汽车车速传感器和发动机转速传感器通常采用霍尔器件,为了改善波形,在输入捕获定时器管脚外使用了施密特电路进行整形。

软件设计

  为了提高代码的可重用性、可读性以及可维护性,软件编写的基本思想是在满足系统功能的前提下,尽可能使应用软件标准化、模块化。每一个模块是一个具有独立功能的程序,可以单独设计、调试与管理。

  软件模块主要有主程序模块、初始化模块、数据采集模块、步进电机驱动模块、CAN通讯模块、LIN通讯模块、SPI通讯模块、显示模块、存储记忆模块、报警模块、中断模块等。

  报警模块实现异常情况下控制告警信号输出,如冷却液温度升高近沸点或燃油箱内的燃油量少于某一规定值时,音频告警会发出不同频率的告警信号,点亮指示灯。中断模块有四种中断源:按键信号、车轮转速信号、发动机转速信号及掉电保护信号,分别完成面板功能设置、测速和掉电时的数据保存。数据采集模块根据输入参数对相应的模拟信号进行采样、量化,并对采样信号进行抗干扰处理。显示模块完成LCD的初始化,并显示各种需要符号和数值。步进电机驱动模块采用微步方式驱动步进电机,有加速、匀速、减速三种模式,以克服电机在启动时滞后、停止时过冲的现象。

结语

  本文通过对汽车仪表系统基本功能的分析,完成了一款高集成、嵌入式、总线化的汽车组合电子仪表。该仪表能实现步进电机带动表盘指针实时指示以及LCD的图形化显示,实现了功耗低、容错性强、模块化程度高的设计要求。该组合电子仪表精度高、线性度好、响应速度快、适应性强、记录准确、性能稳定,各方面性能均达到了国内领先水平。

参考文献:

  [1] 2008年中国汽车仪表行业调研及发展预测报告[R/OL]. 中商情报网.

  [2] 陈朝军. 基于CAN通讯的汽车组合仪表的数据定义和测试平台[D]. 上海:上海交通大学. 2007

  [3] 瑞萨公司. 瑞萨MCU在汽车仪表和CAN/LIN应用中的解决方案[R/OL]. 世界电子元器件,2007(5)

  [4] H8SX/1544 Group Hardware Manual[R/OL]

  [5] H8SX_1544 CAN dashboard Platform user manual[R/OL]

 

关键字:汽车电子  步进电机  汽车仪表  CAN  LIN  H8Sx  1544

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0511/article_3700.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
汽车电子
步进电机
汽车仪表
CAN
LIN
H8Sx
1544

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved