车用智能数字仪表系统的设计

1、 车用智能数字仪表系统的设计 雷跃 摘 要本文介绍以 SPCE061ASPCE061A 单片机为主控器，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要 外围元件、以HS12864HS12864- -1 1 液晶模块为显示屏的新型车用数字仪表系统的设计，说明此仪表系统显示 直观、准确，使用方便、可靠，信息语音播报、告警等突出的优点，展现车用仪表系统未来的发展趋 势和广阔的开发空间。 关键词SPCE061A 单片机 DS18B20 HS12864-1 车用数字仪表 一、引言 传统的汽车仪表一般是机电式模拟仪表，只能给驾驶员提供汽车行驶中必要而又少量的数据信息，已 远远不能满足现代汽车新技术、高速度发展

2、的要求。随着现代电子技术的发展，多功能、高精度、高灵敏 度、读数直观的智能数字仪表是汽车仪表发展趋势。下面对以单片机为核心的新型全数字车用仪表系统设 计作详细介绍。 二、系统设计思想 系统功能由硬件和软件两大部组成。硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换，各种信息的显 示等；软件主要完成信号的处理及控制功能等。设计的整体框图如图 SP CE061A单片机依次查询各传感器 的输岀信号（气压、油压等模拟传感器输 岀的模拟信号需要经过 A/D转换）；然后 过HS12864-1液晶模块输岀，同时还可 输岀各种告警信号。利用单片机内部的 D/A数模转换器，把各种告警信号事先设 置好的语音信号经过该数

3、模转换通道送 到扬声器，利用 SP CE061A勺语音功能实 现语音播报告警。 1系统框图 三、系统硬件设计 系统硬件主要包括以下几个模块： SP CE061A主控模块、传感器模块、 HS12864-1 SP CE061A主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能， 完成字符、数字的显示功能。 （一） 主控模块 系统中采用的 SPCE061A单片机，是凌阳公司继 卩nSPTM系列产品SPCE500A等之后推岀的又一款 16 位单片机。SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH，较高的处理速度使 卩 nSPTM能够非常容易地、快 速地处理复杂的数字信号。其内部具有七

4、通道 10位电压A/D模数转换器和两个 10位D/A数模转换通道， 这样节省电路板面积，简化了硬件电路。具体应用时，只需在编写程序中加入启动 A/D转换的指令即可完 成操作。SPCE061A内部自带两个10位D/A转换通道，比较容易实现语音功能。 （二） 温度传感器 DS18B20DS18B20 DS18B20DS18B20 是美国 DallasDallas 公司推出的数字式智能温度传感器，它是单线数字式测温芯片，能在现场 采集温度数据，并将温度数据直接转换成数字量输出。它能够直接读出被测温度并可根据实际要求通 过简单的编程实现 9 92 2位的数字值读数方式。 而且采用了三线制与单片机相连，

5、将测温部分与1所示。 SP CE061A寸输入信号进行相应处理后通 液晶模块等。其中 HS12864-1液晶模块 A/DA/D 转 图 2 2 8B208B20 与单片机接口电路 （三）HS12864HS12864- -1 1 液晶模块 HS12864-1是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器 成。可实现图形显示，也可以显示 8X 4个（16 X 16点阵）汉字。 示模块，驱动和控制系统是由 /列驱动器及 HS12864-1 HS12864HS12864- -1 1 的结构 128 X 64全点阵液晶显示器组 液晶内置HD61102图形液晶显 理电路和与MCU接口电路，可以直接与 MCU

6、HD61102作为64路行驱动器，同时 HD61102配备了一套显示存储器的管 的总线连接。HS12864-1的结构见图3。 HS12864-1具有简单而功能较强的指令 集，可实现字符移动、闪烁等显示功能，共 有7条指令，单片机只需通过 D/I、R/W、 DB0DB7送入数据或指令便可显示其指定内 容或显示方式。HS12864-1与SPCE061A单片 机的硬件接口电路见图 4。图中采用并行通信 方式，单片机的IOA0-IOA7 口与液晶模块的 DB0-DB7 口相连作为数据输入输岀用；即 IOB0- IOB 4 口与液晶模组的 CS1、CS2、 D/I、R/W、E相连作为单片机对液晶 图4

7、HS12864-1 与单片机接口电路 的控制口。 （四）测速传感器及其他模拟传感器 速度传感器是车辆传感器中的易损器件，所以该系统测速传感器由霍尔开关、磁铁组成。其工作原理 是将霍尔开关和磁铁分别安装在车架、车轮的适当位置，车辆行驶时，在磁铁的作用下，霍尔开关产生开 关信号，通过在单位时间对其计数可计算岀车辆的行驶的瞬时速度，累计开关信号可计算岀车辆行使的距 离。它具有灵敏度高、价格低廉、不易损坏等优点。 气压、油压、油量等参数的测量采用模拟传感器，其输岀的模拟信号通过 经过相应软件处理后输岀。 四、系统软件设计 该系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与 SP CE061A单片机模数转换

8、后 A/D转换子程序、显示子程序、告警子程序等六 大模块组成，因为 C语言编写的软件易于实现模块化，生成的机器代码质量高、可读性强、移植好，所以 本系统的软件采用 C语言编写。 主程序主要完成硬件初始化、子程序调用等功能，主程序流程图如图 5 5 所示。数据采集与 A/DA/D 转 换子程序根据输入参数对相应的模拟信号进行采样、量化及处理，并将相应信号的数值返回主程序。 显示子程序完成符号、数值的显示输出。中断子程序有三种中断源：键盘、车轮（车轮每转一圈产生 测速功能和掉电保护。本系统中断源共有 6 6 1010 余个中断源。告警子程序主要实现异常情 （例如 95959898C）时，或燃油箱内

9、的燃油量少 一个中断脉冲）及掉电保护电路， 分别完成面板功能设置、 个，而 SPCE061SPCE061/单片的中断系统支持 1010 个中断向量及 况下控制告警信号输出。如当冷却液温度升高到接近沸点 于某一规定值时，音频告警装置会发出语音告警信号，同时相应的指示灯发亮（点亮告警指示灯的任 务由显示子程序来完成），以引起驾驶员的注意。 图 5 5 主程 序流程图 换于一起，减少了外部硬件电路， 具有低成本和易使用的特点。 DS18B20DS18B20 测温范围为- -5555125125C，精度 为 2 2C，而在- -10108585C范围内，其精度为C。 DS18B20DS18B20 与

10、SPCE061ASPCE061A 单片机的接口电路图如图 2 2 所示， SPCE061ASPCE061A 单片机采用 IOB6IOB6 和 DS18B20DS18B20 通信。 其中 DS18B20DS18B20 工作在外部电源供电方式, 五、语音功能的实现 系统的语音功能的实现，主要体现在当告警信号输出的同时 液温度异常”、“燃油量异常”等等。 语音处理大致可以分为 A/D转换、编码处理、存储、解码处理以及 D/A转换等步骤。SPCE061A单片机 具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式，同时具备双通道 10位DAC方式的音频输岀功能，因此可以 解决上述语音处理问题。 SPCE061A的

11、开发软件具有一个 SACS LI库，可以将 A/D、编码、解码、存储、 D/A做成相应的模块,对于每个模块都有其应用程序接口 API，在了解每个模块所要实现的功能及其参数的 内容后，调用该 API函数即可实现语音处理功能。对于常用的 SACS A2000和SACS 480两种放音算法则 要涉及到语音资源的添加问题，即将所需要的 WAV文件按照需要的压缩比进行压缩 ，变成资源表形式在程序 中调用。这样 , 当把录制好的语音文件经过压缩存入存储器后，在程序执行过程中调用该语音模块的 API 函 数即可实现语音输岀功能了。 六、系统抗干扰设计 由于本仪表系统是为汽车、摩托车设计的，而汽车、摩托车的点

12、火系统有较强的电磁干扰，另外车辆 移动性大，有可能处于较强电磁干扰的环境中，因此必须采取抗干扰措施，否则系统难以稳定、可靠运 行。本系统采用的是由硬件和软件相结合的抗干扰措施。 （一）采用抗干扰电源 单片机系统供电线路是干扰的主要来源，本系统的电源由车载电瓶提供，车辆的点火系统、音响设备 等都可能对本系统产生干扰，为此，可将车载电瓶 12V电源经磁珠和电容组成 n形滤波电路后，再经过 UA7805C稳压、滤波得到本系统电源。另外给每个集成电路芯片都安置一个的陶瓷电容器，来消除大部分 高频干扰。同时，良好接地是系统稳定工作的重要条件，由于本系统既有模拟电路又有数字电路，因此设 计时将数字地与模拟

13、地要分开，最后只在一点相连。 （二）光电隔离 在 I/O 通道上采用光电隔离器，将单片机系统与各种传感器、开关从电气上隔离开来，很大一部分干 扰可被阻挡。 （三）过压保护电路 本系统在输入输出通道上也设计了过压保护电路，它由限流电阻和稳压管组成，以防止引入高电压， 损害单片机系统。 另外，本系统中，为消除按钮动作时产生抖动干扰，在按键与 74HC14。 （四） CPU 抗干扰措施 当干扰信号作用到单片机本身时，单片机将不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。为此本系统采 用了以下方法： 人工复位：当微处理器失控时，可使用复位方法处理，使程序自动从 0000H 开始执行。为此系统设置 了复位键，当

14、微处理器失控时，只要按下复位键，并持续 10ms以上即可。 掉电保护：因为当车辆颠簸的路况时，可能引起电源等接触不良，使系统陷入混乱状态，电源电压恢 复正常后，系统难以恢复正常。为此系统设计了掉电保护。掉电信号由硬件电路检测到，加到单片机的外 部中断输入端。将掉电中断规定为高级中断，使系统及时对掉电做出反应。在掉电中断子程序中，首先进 行现场保护，当电源恢复正常时，单片机重新复位，恢复现场，继续工作。至于程序跑飞，可以用软件陷 阱和看门狗将程序拉回到复位状态。具体的讲，可以在 RAM中埋一些标志，在每次程序复位时，通过这些 标志，可以判断复位原因并根据不同的标志直接跳到相应的程序。这样可以使程序运行连续可靠。 七、结语 随着电子技术的广泛应用，车用仪表显示屏的液晶化必将成为一种