电动汽车中控台控制电路设计

1、 PAGE 38皑 芭 懊天津电子信息职暗业技术学院毕 业 设 计哎 课题名捌称 氨电动汽车中控台绊控制电路设计扒 姓 颁 名 八 半 百 霸 昂 靶 学 碍 号 挨 阿 挨 昂 邦 班 翱 级 搬 般 笆 哀 艾 败 俺 专 蔼 业 邦 把 跋 矮 般 颁 所 在拌 系 芭 半 盎 颁 盎 搬 稗 指导教捌师 扳 绊 半 扮 百 熬 完成日案期 叭 皑 2011.1敖2.31 稗 霸 蔼天津电子信息职巴业技术学院哀毕业设计（论文翱）任务书昂课题名称： 矮 吧电动汽车中控台扒控制电路设计哀 百完成期限：20叭10年 10 暗月31日至 2佰010年12 巴月31日拌姓 名 坝 敖 胺 般 矮

2、指导教师氨 柏 爱 半专 业 把 扮 按 班 扒 唉 职叭 称疤 工程师 般 俺所在系 翱 巴 跋 凹 奥 翱 板 系半 主 任佰 拜 懊 啊接受任务日期霸 办2011.10碍.28哀 批准日扒期哎 邦2011.10拔.31 奥一、原始依据（蔼资料）：版 俺 爸汽车仪表是驾驶绊员与汽车进行信捌息交流的重要接按口和界面，对汽办车的行驶安全性蔼和舒适性有很大搬影响，因而控台吧控制电路的设计坝非常重要。随着凹电子技术、计算伴机和通信技术等敖的发展，汽车仪拌表越来越趋向数翱字化。与传统汽稗车相比，电动汽埃车在所要显示的笆信息方面有所保捌留但又有一定程背度的区别。熬二、设计（论文靶）内容和要求：阿设计内

3、容：案 疤文是以Free爸scale公司隘的MC9S12邦DG128单片叭机为基础，进行耙组合仪表系统控佰台控制电路的设艾计，主要包括硬岸件设计和软件设靶计两个方面，即盎进行各典型电路败模块的设计和相翱关芯片驱动程序版的编写。它采用昂步进电机式指针摆仪表、LED和跋LCD显示器显鞍示车速、电机转昂速、里程信息以熬及电机电流、蓄捌电池电压、电流拔和荷电状态等相疤关的信息，同时吧采用了汽车行业拌标准的CAN 鞍通信接口挂接在邦CAN总线上，傲实现与车内其它邦模块的数据通信按。本系统采用模俺块化设计，简化胺了外部电路、降鞍低了成本，显示扳的信息更加直观捌、可靠，且具有颁较高的精度。隘 办设计要求：敖

4、 1 学罢生要独立完成一矮个软件或较大软把件中的一个模块笆2 要有足够的安工作量氨3 要写出软件耙说明书扮4 能够进行计柏算机演示和给出懊运算结果。胺5 涉及到计算肮机硬件或电控装叭置巴6 学生要独立奥完成一个完整的隘实验澳7 要有完整的跋测试结果和实验笆数据办8 实验要有探澳索性邦9 要写出使用耙说明书。罢三、建议查阅的扳技术资料：唉1 王宜怀柏, 刘晓升 等隘. 嵌入式系统吧-使用HCS1埃2微控制器的设版计与应用M盎. 北京: 北瓣京航空航天大学白出版社, 20敖08.拌2 王佳,扮等. 基于CA八N总线纯电动汽拜车整车控制器设敖计A. 北癌京理工大学出版熬社, 200瓣7把3 肖玲妮疤

5、,等著 Pro昂tel 200凹4电路设计M懊, 清华大学霸出版社 200熬6.笆4 张翔,爸杨建中, 等.叭 纯电动汽车罢的组合仪表综述佰J. 汽车吧电器, 200办8,(12):艾1-5.癌5 刘伟,拔 等. 基于S蔼T72F561邦的全数字式汽车板组合仪表的设计扳J. 仪皑器仪表学报, 岸2007, 2瓣8(9): 1爱635-163巴9.安6 董浩隘,王建,赵云波靶. 基才MC9摆S12HZ25哎6的总线式汽车拌数字仪表设计爸J. 电子俺设计工程, 2奥010, 18鞍 (2): 8叭3-88.澳7 付晓啊光. 电动汽唉车数字仪表的设摆计与实现D百， 北京工业大翱学硕士学位论文敖，20

6、09.0啊5.班8 李飞，岸姜木霖等。扳基于MC68H鞍C908LJl八2的汽车组合仪般表设计湖按北汽车工业学院巴学报 2008挨,22（4）.哎9 付胜波安 基于CAN拜总线的汽车组合昂仪表研究D罢 武汉理工大学吧硕士学位论文，哀2007.5.哀10 吴敦稗福，陈剑等 纯靶电动车组合仪表般设计P 中扳国科技论文在线摆 百2009.10奥（103）.斑11 沈皑红卫，杨建生 熬基于CAN的汽扮车组合仪表运转巴台J 仪表碍技术与传感器 盎2004,11凹.版12 戴松敖新等 汽车组合暗仪表板控制系统八设计J 电八子工程师 20罢06，32（3绊）.吧13 刘鹏皑、康栋梁 基于霸STM32的汽暗车

7、仪表系统的设坝计P 颁中国科技论文在挨线 伴毕业设计（论文啊）进度计划表拌序号按起止日期艾计划完成内容昂实际完成内容案检查日期啊检查人签字凹1把2011.10隘.31到斑2011.11懊.10扒控制电路总体设爱计暗完成埃控制电路总体设氨计熬2邦2011.11奥.10到柏2011.11摆.20霸系统电源设计爸完成系统电源设俺计班3般2011.11唉.20到邦2011.11爸.30鞍电路的硬件设计蔼完成电路的硬件凹设计邦4懊2011.11扳.30到奥2011.12伴.10巴微型处理器选型皑完成微型处理器哀选型懊5哎2011.12斑.10到佰2011.12皑.20哀电路系统的设计爸完成电路系统的板设

8、计啊6暗2011.12跋.20到罢2011.12般.31敖子程序设计搬完成子程序设计按7芭2012.1.啊1笆到爱2012.1.安8罢答辩氨答辩爸系毕业设计（论皑文）领导小组审傲阅意见：隘系主任签字：稗年 月罢 日疤毕业设计（论文安）开题报告般毕业设计（论文蔼）题目盎电动汽车中控台搬控制电路设计扮学生姓名胺系别拌应用电子跋专业、班级矮指导教师瓣职称百工作单位氨指导教师爱职称爸工作单位翱实践地点瓣交表日期芭2011.10叭.31拌毕业设计隘(啊论文)开题报告把内容要求： = 1 * GB3 颁埃课题的意义、现办状及发展趋势。 = 2 * GB3 啊霸课题的研究内容跋、研究方法、研拜究手段、研究步

9、伴骤。 = 3 * GB3 鞍拌课题所需的参考唉书目等。叭注：开题报告占澳毕业设计败(版论文)总成绩的扮10% 。稗 摆汽车仪表是驾驶啊员与汽车进行信啊息交流的重要接罢口和界面，对汽败车的行驶安全性柏和舒适性有很大跋影响，因而控台巴控制电路的设计班非常重要。随着埃电子技术、计算爸机和通信技术等板的发展，汽车仪罢表越来越趋向数肮字化。与传统汽疤车相比，电动汽盎车在所要显示的板信息方面有所保傲留但又有一定程爱度的区别。本文拜是以Frees稗cale公司的伴MC9S12D般G128单片机安为基础，进行组奥合仪表系统控台阿控制电路的设计八，主要包括硬件癌设计和软件设计八两个方面，即进白行各典型电路模背

10、块的设计和相关捌芯片驱动程序的耙编写。它采用步斑进电机式指针仪岸表、LED和L啊CD显示器显示班车速、电机转速板、里程信息以及蔼电机电流、蓄电半池电压、电流和昂荷电状态等相关吧的信息，同时绊采用了汽车行业捌标准的CAN 稗通信接口挂接在版CAN总线上，安实现与车内其它跋模块的数据通信霸。本系统采用模巴块化设计，简化氨了外部电路、降跋低了成本，显示捌的信息更加直观扳、可靠，且具有背较高的精度。由啊于技术标准和相阿关法规的不健全搬，局部功能有所八限制。但是，作版为新型汽车上的霸组合仪表系统，拌该设计展现了很哀好的应用前景。鞍指导教师审核意鞍见：笆 靶 啊 签字：巴 芭 鞍 哎 疤 年 月 埃 日佰

11、系毕业设计（论挨文）领导小组审坝阅意见：巴 捌 啊 百 系主任签稗字：班 败 矮 绊 澳 岸 扳 吧 邦 版 年 月 绊 日拔毕 业 设 计笆（论 文）败系别氨专业班级扳姓名隘班级学号巴毕业设计（论文拔）题目：搬电动汽车中控台爱控制电路设计肮毕业设计（论文盎）评语：啊 芭指导教师签字：按 八 罢 挨 瓣 阿 搬 败 袄 蔼 年 月 傲 日拜毕业设计（论文巴）总评成绩：唉系主任签字：氨年 月 澳 日盎天津电子信息职埃业技术学院教务傲处目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295315848 摘要 PAGEREF _Toc295315848 h 1 HYPERLIN

12、K l _Toc295315850 唉一肮 引 蔼 言爸唉2 HYPERLINK l _Toc295315851 拜1 课题背景奥办2 HYPERLINK l _Toc295315852 半2 课题的目的奥、意义败凹3 HYPERLINK l _Toc295315853 把3 课题的国内吧外研究现状哀稗3 HYPERLINK l _Toc295315854 百二啊 控制电啊路的系统设计笆邦4 HYPERLINK l _Toc295315855 瓣1 组合仪表办的总体结构设计瓣皑4 HYPERLINK l _Toc295315856 袄2 系统的功能吧和要求般奥5 HYPERLINK l _To

13、c295315857 肮3 系统的硬件啊设计班盎6 HYPERLINK l _Toc295315858 癌（拌1暗）蔼 微处理器的选百型叭暗6 HYPERLINK l _Toc295315859 般（俺2哎）俺 电源电路和掉氨电保护电路的设搬计昂哎6 HYPERLINK l _Toc295315860 邦（把3阿）傲 挨输入脉冲信号调疤理电路的设计瓣柏8 HYPERLINK l _Toc295315861 敖（伴4癌）坝 步进电机驱动翱模块的设计碍佰9 HYPERLINK l _Toc295315862 扒（班5拔）笆 LED驱动模耙块的电路设计傲半1啊1 HYPERLINK l _Toc29

14、5315863 摆（摆6岸）袄 LCD驱动模办块的电路设计扮把1百2 HYPERLINK l _Toc295315864 靶（拜7稗）芭 CAN通信模班块的电路设计背鞍1板4 HYPERLINK l _Toc295315865 背（岸8版）办 故障诊断电路绊的设计笆 PAGEREF _Toc295315865 h 霸1案6 HYPERLINK l _Toc295315866 搬4 系统的软件岸设计班办2矮0 HYPERLINK l _Toc295315867 氨（唉1吧)懊 扳 懊软件开发工具介拌绍岸百2懊0 HYPERLINK l _Toc295315868 扮（癌2蔼）澳 系统软件的总吧体

15、设计思路奥阿2柏0 HYPERLINK l _Toc295315869 扳（哎3板）盎 主程序的设计搬隘3俺1 HYPERLINK l _Toc295315870 澳（捌4澳）搬 输入脉冲捕捉拌程序的设计凹般2八3 HYPERLINK l _Toc295315871 昂（半5埃）拌 Flash擦摆写程序的设计捌懊2伴5 HYPERLINK l _Toc295315872 搬（熬6八）半 CAN通信程扳序的设计懊安2哀6 HYPERLINK l _Toc295315872 般（皑7背）哀 拔本章小结哎埃2版8 HYPERLINK l _Toc295315873 按三把 哀 背结 束 语拌哀2氨9

16、 HYPERLINK l _Toc295315874 绊四唉 致吧 谢巴安2拜9 HYPERLINK l _Toc295315875 佰五颁 参胺考文献板氨3袄0坝电动汽车中控台耙控制电路的设计摘要版摘要罢：懊汽车仪表是驾驶笆员与汽车进行信爸息交流的重要接把口和界面，对汽柏车的行驶安全性昂和舒适性有很大笆影响，因而控台扮控制电路的设计吧非常重要。随着哎电子技术、计算笆机和通信技术等癌的发展，汽车仪袄表越来越趋向数哎字化。与传统汽癌车相比，电动汽翱车在所要显示的背信息方面有所保艾留但又有一定程肮度的区别。本文阿是以Frees霸cale公司的拌MC9S12D靶G128单片机拜为基础，进行组百合仪表

17、系统控台八控制电路的设计埃，主要包括硬件邦设计和软件设计暗两个方面，即进柏行各典型电路模隘块的设计和相关办芯片驱动程序的蔼编写。它采用步叭进电机式指针仪奥表、LED和L岸CD显示器显示爸车速、电机转速皑、里程信息以及安电机电流、蓄电拌池电压、电流和叭荷电状态等相关碍的信息，同时蔼采用了汽车行业拔标准的CAN 爸通信接口挂接在盎CAN总线上，罢实现与车内其它百模块的数据通信澳。本系统采用模碍块化设计，简化罢了外部电路、降拌低了成本，显示把的信息更加直观啊、可靠，且具有爱较高的精度。由颁于技术标准和相班关法规的不健全凹，局部功能有所柏限制。但是，作瓣为新型汽车上的安组合仪表系统，埃该设计展现了很挨

18、好的应用前景。白关键词芭：扮汽车仪表；MC绊9S12DG1百28；硬件；软霸件；控台电路。耙一 引矮 言1 课题背景坝伴随汽车工业的扒日益发展，能源埃危机日益加剧，奥同时也带来相关罢的环境问题。这矮使得电动汽车成邦为当前新一代汽芭车（混合动力汽唉车、电动汽车、皑新能源汽车）发皑展的一个趋势。扳作为现代汽车的柏关键零部件之一澳，汽车仪表反映熬了汽车行驶工况隘的相关内外部信蔼息，有利于保障懊汽车的行驶安全阿性和舒适性。同皑时，由于新技术熬的不断发展，汽碍车仪表广泛采用案电子、计算机与皑通信技术，使之哀成为现代汽车的跋信息和控制中心捌，从而使得汽车吧组合仪表和相应安控制器的开发设邦计显得尤为重要拌。

19、版 疤一般传统的汽车袄组合仪表有：车昂速里程表、转速佰表、机油压力表哎、水温表、燃油般表、以及相关的跋报警和指示仪表澳。电动汽车绊因为采用的是电班机，没有使用发百动机颁， 八所以没有发动机爱转速表班、半水温表绊、熬燃油表耙， 邦但需要相应地增暗加电机转速表般、澳电流表岸、蓄电池奥电压表和剩余电袄量表这些与电动百汽车相关的信息柏表跋。由于空间及其鞍他因素的限制，绊传统的机电式模袄拟仪表只能给驾啊驶员提供必要的扮而又少量的信息挨，现代汽车仪表搬则要求所显示的八内容和信息的种扳类越来越多、精啊度和可靠性也越笆来越高，因而汽班车仪表的电子化哎和数字化成为必霸然的发展趋势。瓣90年代，国外盎制造商为了克

20、服笆电气式仪表的原败理误差和工艺误拌差，纷纷推广采搬用电子式仪表，八首先将传感器的肮模拟信号数字化邦，如将驱动车速阿里程表的软轴或吧电机变换成霍尔稗传感器，将机械跋传动或电量转动安变成数字电信号板传输。其次，将巴磁感应指示模块唉变成数字显示形敖式，里程累计由翱蜗杆传动变成由吧步进电机驱动或耙直接数字化显示摆。随着信息技术哎的高度发展，汽熬车仪表已从单个案仪表电子化迈向哀集成化和系统化把，这也使得汽车捌仪表的控台控制岸电路成为可能和敖必须。啊 靶同时，现在汽车板的故障诊断、实耙时通信、导航和扮定位等大量复杂扳信息服务开始应班用于汽车上，各搬个系统之间工作捌的协调性、可靠唉性以及抗干扰性癌，也需要

21、汽车能凹够及时、高效、鞍合理的处理好相癌关的信息，因而半控制电路的正确癌合理设计对汽车阿仪表的功能发挥耙和未来发展有着吧重要作用。敖2 课题的目的板、意义颁本课题的目的是瓣：通过仪表与微敖处理器、局域网吧通信技术等结合爸起来，取代原来袄的纯机械式和模摆拟式仪表，综合板利用电子式、数懊字式仪表的特点办，更直观、方便败的对汽车的相关霸信息进行显示，碍同时及时准确、盎可靠的获得汽车坝的实时信息。对佰于可能发生的故隘障和不利情况，邦采用CAN通信柏技术进行相关模背块的信息交换共颁享，通过微处理敖器对整个系统进啊行控制，并进行芭相应的处理；预翱留故障诊断接口案，以便对汽车的挨可能故障实现实半时检测，以确

22、保爸驾驶过程的安全盎性和舒适性。此板外，汽车仪表的蔼不断电子化、数矮字化，使得其所俺能显示的信息更碍多，也有利于仪白表的功耗、可靠艾性得到提高。把该设计将是汽车啊仪表的一个发展暗阶段，也是未来版汽车仪表走向全敖数字化的一个准奥备阶段。汽车仪笆表的显示和相应懊控制系统技术将矮会日臻完善，具奥有高精度和高可啊靠性、小型化和盎轻量化的汽车数邦字化组合仪表将搬是未来发展趋势版。扮3 课题的国内肮外研究现状唉国外的电动汽车皑的发展历史较长板，从1834年把首辆电动汽车诞霸生到1900年氨美国汽车市场上班电动汽车、内燃拌机汽车和蒸汽机伴车的三分天下，熬国外的电动汽车扒有过大规模的生唉产和销售历史，扳组合仪

23、表和相关挨的控制电路设计袄也较成熟。 爱 盎汽车仪表发展，班按其工作原理上埃取得的重大技术扮创新来分经过了办4代：第1代汽凹车仪表是基于机稗械作用力而工作皑的机械式仪表，蔼即机械心表；第板2代汽车仪表的爱工作原理基于电唉测原理，即通过翱各类传感器将被俺测的电量转换成坝电信号加以测量扮，称之为电气式叭仪表；第3代为昂模拟电路电子式爱；第4代为步进坝电动机式全数字摆汽车仪表。目前隘汽车仪表正在经邦历第3代向第4吧代转型时期。爱目前国际市场上扒汽车电子仪表应隘用主流有三种形艾式：第一种形式吧与国内市场上正般大力推行的电子疤式汽车里程表和皑电子式发动机转半速表一样，主要佰是对车速里程表颁、转速表电子化

24、邦改造。第二种形暗式是所有汽车仪懊表机芯统一成一瓣种结构的步进电八机，所有的传感哀信号经AD转啊换后，由中央处暗理器CPU运算拔处理后发布指令懊，使各步进电机阿运转，实现仪表败指示功能，由于搬该过程是全数字暗化的，因而它不巴仅指示精度高，拌加上合适的软件斑还能实现自诊断伴功能。第三种形把式即是信息管理癌系统，也是国际傲汽车电子仪表的把发展趋势。俺我国汽车仪表的搬发展随汽车工业爸一道，自50年熬代创业起步。而巴我国对于电动汽坝车的研发，则开唉始于20世纪8熬0年代，承担的皑单位主要是高校凹和科研院所只有版部分企业涉足这凹一领域，大部分笆开发的属于功能吧样车。目前，市白场上虽有一部分般电动汽车上市

25、，傲但还需要市场和按时间的检验。因矮此，国内的电动罢汽车组合仪表的摆开发工作尚处于癌起步阶段，生产跋与发展速度缓慢柏，处于电子式和唉数字式相结合的俺发展阶段，正在蔼逐步向全数字式般方向发展。蔼 挨二 控制电路哎的系统设计岸1 组合仪表的耙总体结构设计鞍 碍汽车隘组合仪表通常由艾以下几部分组成哎：车速表、里程案表、转速表、水半温表、油量表、暗照明系统、报警扳指示系统等。本艾设计是基于电动拜汽车，其瓣组合仪表板上主白要显示的信息有凹：电机转速、车芭速、行驶的总里坝程和临时里程、百电机电流、蓄电柏池电压、荷电状胺态以及各种指示矮灯和报警信号。癌因而，汽车仪表澳系统由各种信号拜采集模块、处理拜与控制模

26、块、驱搬动电路、显示模啊块和电源模块组肮成(各主要功能癌模块的结构框图爱如图2.1所示邦)。其中，采集般模块负责采集电办动车行驶时所关埃心的各种工作状半态信息参数，即隘仪表要显示的信凹息量；处理与控俺制模块主要负责凹处理经过整形的邦脉冲信号（车速搬、电机转速）、挨各种模拟信号（版蓄电池电压、制斑动和加速踏板位板置）（对于内部板没有集成A/D佰转换模块的芯片隘，还要外加相应傲的A/D转换模拔块）以及一些开哎关量信号（如点办火信号、换挡手稗柄位置信号、组扒合开关信号等）罢送入到主控芯片岸中，由主控芯片翱输出相应的控制叭信息驱动对应的傲电路；驱动电路叭主要完成驱动步挨进电机显示车速癌、电机转速，驱背

27、动LED显示总艾里程和临时里程耙，驱动LCD显啊示电机电流、蓄耙电池电压、电流罢和荷电状态；显版示模块主要对采拜集的信息进行显埃示；电源模块则柏为各模块和控制爸电路的正常工作捌提供电能。 该拜设计以Free班scale公司翱的16位微控制般器MC9S12暗DG128微主爱控制器，通过各昂种传感器对电机挨转速、车速、制傲动踏板和加速踏皑板位置信号等进昂行测量，通过相靶关的信号处理电颁路将脉冲信号、跋模拟信号和开关柏量信号送入MC搬9S12DG1办28中进行计算熬和处理，输出驱瓣动步进电机、L阿ED和LCD，芭从而实现相关信跋息的颁实时显示。版 绊 瓣图 2.1 八 纯电动车组坝合仪表的系统结盎构

28、图癌2 系统的功能芭和要求笆该设计中的汽车伴组合仪表和相应稗的控制电路，用盎于显示和记录汽皑车行驶过程中的癌各种状态信息，伴具体应当实现的隘功能如下：柏 1）以CAN隘通信的方式获取癌动力电池管理系按统的信息（电池般的SOC、电池版电压和电流）和跋电机电流等信息坝，并传送给LC胺D屏进行显示；罢 2）用步进电半机带动表盘指针啊实时指示汽车行爱驶过程中的电机伴转速和车速两路艾信号；按 3）用数码管啊显示汽车的总里拜程和临时里程。佰其中，累计总里拜程具有记忆功能败，临时里程可以叭被随时清零。分稗别选用合适的数按码管位数来显示靶累计总里程和临跋时里程；拜4）应具有掉电阿保护功能，以便扒发生掉电时能够

29、扒及时对数据进行挨存储。电源掉电罢和上电时，表头啊指针可以复位回吧零；跋5）系统电源由吧车载蓄电池提供拜12V电源；俺6）根据车内照凹明情况，进行仪笆表背光调节。同皑时还要指示远光敖、雾灯、转向等岸信号。按7）系统还要求按有对电机的状态皑进行监测，预留案故障诊断接口对办汽车的故障进行搬诊断处理：笆8）系统要具有稗一定程度的抗干奥扰能力，因此在背对系统的软件和皑硬件方面进行设扒计时应当充分考吧虑；跋9）系统要有良版好的兼容性，标搬定和检测要方便扮。癌3 系统的硬件摆设计懊 罢（罢1）微处理器的笆选型把在汽车电子控制按系统中，微处理邦器接收经过输入靶处理电路处理的扒信号，然后计算袄并控制所需的输疤

30、出值，按照行驶艾状况的要求适时败地向执行机构发岸送控制信号。目艾前，在ECU中柏，所采用的微处班理器多数是8位伴和16位的，只笆有极少数采用3袄2 位的。出于绊安装空间和仪表爸板的简洁性考虑版，微处理器的体昂积应当尽量小：背同时，对仪表的碍实时性和准确性爱的要求，微处理按器要有一定的运艾算速度和精度。八本设计主要是应瓣用在电动汽车上岸，属于新型产品八的开发和应用，半因此对于汽车上暗相关信息的采集癌以及控制等性能熬要求较高，故拟凹采用Frees芭cale公司的懊16位微处理器爱MC9S12D阿G128。MC绊9S12DG1背28是Free翱scale H澳CS12系列单肮片机，其主要参氨数和功能

31、模块如碍下：128K的笆闪存、8K的皑、的唉、般个通道位艾转换器、笆控制器、碍兼容协议巴以及定时器/计搬数器通道和键盘奥中断、和敖通信接口稗、输入捕捉、输袄出比较与拜。昂 癌（2）电源电路瓣和掉电保护电路俺的设计扮系统的电源来自爸汽车上的电瓶，罢而汽车电瓶的电翱压是+12V。稗本系统需要两路唉电源供电：12摆V电源和5V电败源。12V主要白用来为一般的各岸种信号指示灯和矮报警灯以及背光把灯提供电源，5佰V电源主要对微安处理器及一些外埃围电路和功能芯班片（如LED数拌码管显示、LC背D液晶显示、步皑进电机驱动芯片俺等）供电。因此案，为了获得所需疤的+5V电源，艾需要采用电源转拔换芯片进行电平把转

32、换得到。本设拔计中，选用的电拌源转换芯片为L澳M2940，其澳输入电压的范围哀为6.25V扮=VIN=2盎6V，输出电压安的精度较高，误败差在5%以内，坝稳定性好。该芯按片具有反向电源靶保护功能、限制碍内部短路电流以爱及产品的增强型鞍测试功能；电源翱电路的硬件电路耙图如下图2.2罢所示：输出电压鞍为5V。此外，肮为了降低输出电巴压的纹波和EM胺I噪声，电路也败可附加相关的处绊理模块，进行滤拔波和抗干扰处理疤。奥 稗 图 2.2 柏 电源捌电路癌图中的二极管D挨11的作用是防摆止输入电压接反半，对电路起反向柏保护作用；稳压颁二极管对电路进吧行过压保护；电矮解电容对输出的芭电压进行滤波。笆为了防止

33、系统在澳正常工作时，由拔于电源和其他故搬障而导致电路突百然断电，使得系拌统来不及保存相啊关的数据而导致稗数据丢失。因此澳，需要附加掉电哀保护电路，使得班掉电时能及时存拔储里程信息，同皑时车速表、转速芭表的指针回零。捌为此，电源的输芭入端必须接入较板大容量的电容，蔼可以使用一个1靶000uF的电绊解电容，也可以拔使用两个470傲uF的电解电容跋。本设计采用两安个470uF的傲电解电容，电源罢断开时会在单片埃机的一个引脚产敖生一个外部中断笆信号，大的电容罢可以维持单片机懊电源足够长的时巴间，使得单片机昂可以完成内部数笆据的存储和外部搬中断服务程序。霸本设计拟采用M捌C34064电伴压监控芯片，该俺

34、芯片的功能是：班系统正常工作期般间，当电源电压摆突然由高电压下白降到足够低的电翱压时，可产生一耙个复位信号，将鞍此复位信号作为把外部中断信号接阿入单片机引脚，奥触发单片机的外安部中断引脚产生班中断，进行转入暗中断服务程序进隘行相关的处理。皑它与单片机的接碍口电路图如下所盎示：艾 搬 图 2把.3 MC3稗4064的电压耙监控电路工作图邦由以上分析可知唉，掉电保护电路白图如下图所示：斑 半 鞍 板 碍 胺图 2.4 班 掉电保护电袄路啊（3）输入脉冲哎信号调理电路的癌设计袄车速信号和转速斑信号是通过传感艾器从汽车电动机捌和车轮相关位置袄取出。多以非接拜触方式获取。如摆用霍尔、电涡流肮等传感器获取

35、，背本设计所对应的鞍传感器类型为霍半尔传感器，车轮扮每旋转一周将会矮产生一个脉冲。霸来自传感器的脉靶冲信号输入到单半片机定时器模块矮的管脚，使用输凹入捕捉功能，为佰改善波形，在输安入捕捉管脚外增凹加处理电路。包拜括车速脉冲信号佰和转速脉冲信号懊处理。其调理电凹路图如图2.3隘所示：耙 爱 胺 巴 败图 2.5 把 车速、电机柏转速信号调理电艾路氨由图可知，当车爸速、电机转速的氨输入信号为低电翱平时，D29、罢D30两个二极败管导通，则单片隘机接收到的为低啊电平；当车速、颁电机转速输入信百号为12V高电办平时，此时D2瓣9、D30两个芭二级管截止，此般时单片机接收到埃的电平信号为电鞍阻R23、R

36、2爱6上的分压，即暗：熬V=办Vin * R胺23/(R21版+R22+R2稗3)=12V 按* 47/(1盎0+60+47斑)=4.82V板为高电平，从而皑将车速及电机转般速信号转换成单昂片机所能识别的奥逻辑电平信号。氨同时，此设计可蔼对干扰信号起到挨较好的抑制作用唉。败（4）步进电机摆驱动模块的设计皑步进电机是一个懊将电脉冲信号转八换为角位移或线办位移的机电式数哎模转换器，步进笆电机的工作原理芭是建立在被励磁罢的定子电磁铁吸班引可选转的衔铁罢产生转矩而旋转凹，即靠磁铁引力爸作用把电磁能转懊换成机械角位移叭f211。在非扳超载的情况下，版电机的转速、停翱止的位置只取决捌于脉冲信号的频哀率和脉

37、冲数，而伴不受负载变化的胺影响，即给电机捌加一个脉冲信号肮，电机则转过一奥个步距角。脉冲扳的个数决定了转叭角的大小，而脉芭冲的频率决定了傲电机的转速。这稗一线性关系的存把在，加上步迸电霸机只有周期性的靶误差而无累积误艾差等特点。使得把在速度、位置等白控制领域用步进搬电机来控制变的斑非常的简单。一般般步进电机可分艾为二相、三相、碍四相和六相。稗该模块以仪表指傲针的形式动态地叭向驾驶员提供车瓣辆运行时的两个败重要参数：车速柏和电机转速，使岸信息的显示更加芭直观、具体。因摆此，该模块能否凹准确稳定地工作矮关系到汽车仪表暗盘的整体性能。靶本设计采用伟力胺驱动技术有限公邦司的VID66澳-06步进电机癌

38、驱动芯片和汽车靶仪表用步进电机搬VID29-0傲5。 VID邦66-06是一傲款专为驱动步进八电机而设计的C啊MOS集成电路半，每个驱动芯片敖可同时驱动四路澳电机。在驱动芯岸片的频率控制端啊输入脉冲序列F霸(scx)，输矮出端可以控制步半进电机的输出轴扒以微步转动，每奥个脉冲对应电机胺输出轴转动1/敖12度，最大角挨速度可达600叭度/s。该产品肮适用于相位差为扮60 度的两相袄永磁仪表步进电皑机。其特点有：昂以微步驱动；简肮单易用，每个电爸机只需速度F(懊scx)和方向颁（CW/CCW昂）两个控制端；笆所有输入脚都有瓣干扰过滤器；款盎工作电压；低电挨磁干扰辐射。 傲 VID29-啊05步进电

39、机是扮伟力公司的VI吧D系列步进电机坝，其可以工作于叭5班拜10V的脉冲下碍，最大消耗电流霸为20mA，内佰置减速比180哀/1的齿轮系，霸输出轴的步距角哀最小为112拌 度，最大角速芭度为600度/把s，其一个整步叭的步距角为18翱0 度，每一个澳整步分为3个分坝步，其微步的工俺作方式将每一分傲步再细分成四步版走完，即将电机瓣每相绕组的电流爱分为四个台阶投叭入或切断。每一败个微步的步距角矮为15度，绕组靶的电流波形为一瓣正弦阶梯波佰。佰可采用分步模式斑或微步模式驱动埃。翱它具有如下优势版：精密微步技术扮、旋转平稳精确板、低功耗、宽工懊作电压、动静扭半力强劲、降噪抗半震性能好和较好蔼的环境适应

40、性。搬由于其布距角很邦小，因此可以将暗数字信号很准确捌地转为模拟的显隘示输出，但同时鞍，微小的脉冲干邦扰很容易引起仪伴表指针的抖动，澳因而如何防抖使爸电机正常稳定地唉工作，成了此设扳计的一个难点。懊为此，可以推荐翱采用两点技术：俺 第一：岸在信号的输入端澳增加了防抖技术肮，并上芭22暗按F坝和败0.1凹袄F芭的电容。扒 第二：板在信号的输出端按增加防抖技术，瓣在步进电机的四爸个引脚并上四个拌0.1芭吧F 捌的电容。背从而可使信号的癌输入端和输出端伴进行滤波，防止拜外部干扰，保证罢信号能准确稳定叭的传输。翱该步进电机驱百动芯片的应用原唉理图如下所示：阿搬图 2.6 背 VID66-熬06的典型应

41、用跋原理图岸 巴由于本设计中只坝采用两路步进电拌机，故只需选择隘其中的两个来显阿示汽车的车速和敖电机转速，本设拌计拟采用A、C斑两个端口驱动步疤进电机。扮（5） LED吧驱动模块的电路隘设计巴 LED因其体稗积小、耗电量低癌、使用寿命长、拌亮度高、热量低扒和环保等优点，罢被广泛应用于许俺多领域。并联L扮ED工作方式因颁其在电源功率应伴用方面效率较低佰，且其中任何一鞍个LED发生故暗障，都不会影响笆其他LED的正般常工作，所以可拔以获得高稳定性摆。本系统拟采用绊8位8段LED蔼数码管来显示汽奥车行驶时的总里佰程和临时里程信笆息。其中前五位奥显示总里程信息柏，后三位显示临敖时里程信息。百本设计采用

42、MA碍X7219/7邦221 LED拜显示驱动芯片驱般动数码管进行显哎示。MAX72氨21采用3线串搬口传送数据，占哎用资源少且硬件白简单，只需一个拔外部电阻既可以坝方便的调节LE唉D的亮度（本设绊计采用固定阻值阿电阻）；可以灵柏活地选择显示器皑的个数；用户自靶己可以根据情况摆，选择进行译码叭显示或不译码显癌示；内含硬件动板态扫描控制，可拔设置低功耗停机白方式。其工作原安理如下图所示：蔼SEGA-SE傲GG和DP分别艾为LED七段驱奥动器线和小数点柏线，供给显示器芭源电流；DIG摆0-DIG7为百8位数字驱动线扮，输出位选信号皑。DIN是串行懊数据输入端。在绊CLK的上升沿霸，一位数据被加暗载

43、到内部16位斑移位寄存器中，办CLK最高频率摆可达10MHZ扒，在输入时钟的碍每个上升沿均有伴一位数据由DI蔼N端移入到内部哀寄存器中；LO把AD用来装载数癌据，在LOAD八的上升沿，16摆位串行数据被锁吧存到数据或控制办寄存器中，LO霸AD必须在第1跋6个时钟上升沿澳的同时或之后，袄在下一个时钟上般升沿之前变高，办否则数据将会丢熬失。其应用电路柏图如下图所示：肮 奥 按图 2.7 柏 MAX721败9/7221的拜典型应用电路矮 鞍由驱动芯片MA办X7219/7碍221的应用原颁理图，设计的L蔼ED驱动电路图癌如下图所示： 奥 扒 把图 2.8 伴 LE半D驱动电路蔼（6）LCD驱伴动模块的

44、电路设拜计熬 摆LCD 液晶显扮示器是 Liq摆uid Cry版stal Di芭splay 的啊简称，LCD 扒的构造是在两片翱平行的玻璃当中背放置液态的晶体氨，两片玻璃中间般有许多垂直和水搬平的细小电线，稗透过通电与否来拜控制杆状水晶分扮子改变方向，将捌光线折射出来产搬生画面。液晶是班一种介于固体与矮液体之间，具有爸规则性分子排列坝的有机化合物。肮在不同电流电场按作用下，液晶分芭子会做规则旋转爱90度排列，产凹生透光度的差别绊，如此在电源O氨N/OFF下产办生明暗的区别，蔼依此原理控制每埃个像素，便可构哎成所需图像。液安晶因其低压微功瓣耗、显示的信息白量大、为被动显敖示型、易于彩色绊化等优点

45、，而被版广泛应用作一种肮显示工具。蔼本设计中，利用蔼液晶主要来显示按电机电流、蓄电艾池电压、电流和佰荷电状态信息。跋由于显示的信息碍量较少，故采用背较小的LCD点啊阵式显示屏（如挨要显示其他的信搬息，可适当增加哎点阵式LCD的扮行、列数）。按综合考虑，本设岸计拟采用HT1版621B LC办D驱动器和相应白的LCD显示屏唉。HT1621鞍B是32x 4靶点、内存映像和拌多功能的LCD芭驱动器。HT1稗621B内嵌2邦56KHzRC哀振荡器、可外接斑32KHz晶片暗和256KHz拔频率源输入，内敖嵌时基发生器和摆看门狗定时器、案节电命令下可降扮低功耗。同时，绊HT1621B摆的软件配置特性巴、可以

46、配置成1蔼/2或1/3的扳LCD驱动器偏安压和2、3、和傲4个公共端口，碍这使它适用于多瓣种LCD应用场捌合，包括LCD叭模块和显示子系唉统。HT162叭1B的内部结构邦和引脚图如下图按所示：安 班 傲 安 图 搬2.9 办HT1621B阿的方框图岸微处理器与HT耙1621B驱动叭芯片之间采用S袄PI串行通信技坝术，利用串行接埃口技术简化了模颁块和微处理器间背的布线，大大提俺高了模块和仪表肮系统的线束和数挨据传输的可靠性稗，同时降低了成半本。此方案，对叭于液晶生产厂家捌的设计和工艺有半一定的促进。由半于采用接口技术捌，使得汽车组合案仪表使用液晶面按板显示的技术方板案，克服了汽车笆仪表运用液晶驱

47、盎动技术中遇到的办布线困难、可靠昂性低和寿命低等拔一系列缺陷。串埃行通信技术（S案PI）的合理应吧用可以降低部件拌（整车）线束复芭杂度，提高可靠颁性和工艺性。由八于采用了模块化扮技术、串行接口奥等技术和工艺，澳液晶模块的综合白技术优势非常明鞍显，可作为高档岸的配置方案在汽懊车行业内得到一伴定程度的应用。背本设计该模块的般电路图如下所示捌：斑 傲 图 2.10盎 LCD驱哎动显示电路吧（7） CAN懊通信模块的电路癌设计扮 隘CAN板拌Control碍ler Are稗a Netwo胺rk 癌肮是20 世纪B绊OSCH 公司叭开发的解决现代般汽车众多的控制白单元、测试仪器扮之间的实时数据伴交换而开

48、发的一搬种串行数据通讯按协议，是一种支百持分布、实时控芭制的串行通信总伴线网络，其基础半是无破坏性仲裁啊机制，使得总线懊能以最高优先权笆访问报文而没有爸任何延时。其最艾大传输速率可以搬达到lMbps拜(40m)办。由于CAN 伴总线卓越的特性绊、极高的可靠性败和独特的设计，暗适合工业设备内斑的模块间数据互艾连。因此在机器罢人内部各模块（蔼通信模块、主控昂制模块、运动控艾制模块、导航模暗块、环境监测模扒块等）之间设计般采用CAN 总鞍线通信。敖CAN属于总线霸形式串行通信网败络，采用了许多艾新技术及独特的般设计。CAN懊总线的数据通信班具有高稳定性、拔高灵活性、高可拌靠性的特点。一鞍个由CAN总

49、线哀构成的单一网络拌中，理论上可以奥挂无数个节点。坝实际应用中，节跋点数目受网络硬巴件的电器特性所癌限制。败CAN 肮总线有很多特性哀：颁 采用了靶双线差分信号。啊通信协议本身对按节点的数量没有傲限制，而且总线癌上节点的数量可按以动态改变。霸 广播发拜送报文的形式，背即报文可以被所挨有的节点同时接捌收。哎 多主站柏结构，各节点平拜等，优先权由报皑文癌ID 按所决定。挨 每个报案文的内容通过标凹识符，标识符在柏网络中是唯一的扮。懊 具有一巴套复杂的错误检扳测与错误处理机百制，如绊CRC百检测、接口的抗鞍电磁干扰、错误蔼报文的自动重发版、临时错误的恢跋复以及永久错误傲的关闭。哀 采用了暗双绞线作为

50、总线败介质，传输速率坝可达吧1Mbps,佰总线长度佰=40 坝米。般 采用了暗NRZ 罢与位填充的位编霸码方式，减小了疤报文的误码率。癌系统内 班CAN 班总线结构拓扑图哀：办 傲 把 图 2.11隘 CAN总线熬结构拓扑图靶 阿 爱对于本设计，由摆于所选取的微处熬理器MC9S1扒2DG128内昂部集成了3个C靶AN模块，符合岸CAN2.0A吧/B协议标准，板故外围只需连接佰CAN收发器即爸可。本设计拟采爸用高速CAN收埃发器MCP25办51.MCP2霸551是一个可凹容错的高速CA板N器件，可作为伴CAN协议控制翱器和物理总线接挨口。MCP25挨51可为CAN盎协议控制器提供败差分收发能力，

51、袄它完全符合IS佰O-11898暗标准，包括能满澳足24V电压要矮求。它的工作速奥率高达1鞍 Mbps.它埃还具有上电复位敖和电压事件欠压捌保护、自动检测搬TXD输入端的皑接地错误功能，瓣可连接的节点数岸高达112个，唉未上电的节点和拜欠压保护不会影霸响CAN总线，扒采用差分总线、矮具有很强的抗噪霸特性。其内部结啊构框图和测试电哎路如下所示：办图 2.12拌 MCP稗2551的内部澳结构框图艾图 2.13 碍 MCP25哎51的测试电路颁 由MC9S1暗2DG128和懊MCP2551哀的结构和电气特肮性可知，CAN按通信模块的电路罢图可按照下图所安示进行设计：胺 瓣 鞍 盎 案 爸 班图 2.

52、14 斑 CAN通信模矮块的电路板（8）故障诊断伴电路的设计袄 按随着电子技术的翱发展，大量电控叭单元在车辆上使罢用，这一方面使捌得汽车的使用性袄能有所提高，另盎一方面也使得检翱测和维护越来越罢复杂。若不能及爱时有效的检测出坝汽车上的故障，稗汽车的性能将会矮恶化，使用寿命巴将会降低，同时拔对行驶的安全性绊和舒适性带来一芭定的影响。车辆叭故障诊断就是顺挨应这种形式的要扒求出现的，诊断稗设备一般通过专班用诊断接口与车霸辆总线进行数据盎交换。诊断设备拌由第三方开发，凹并符合SAE标白准规定，诊断口八主要完成诊断设俺备与车辆ECU百通讯信号转换。昂由于车辆使用环啊境的特殊性，通唉常ECU的标准艾串行通

53、讯口不能俺满足使用要求。坝为此，本设计拟办在电控ECU的氨基础上，在电控肮系统诊断平台上鞍，对汽车进行故挨障诊断。根据S拔AE规定的OB捌D标准，车辆行稗业使用K、L线班制进行诊断或标俺定。通过K线对埃某个控制单元进澳行查询，通过K澳线、测试仪和控胺制单元可进行数捌据交换，即通过凹K线数据被双向扳传送。最近生产奥的车上都装有K疤线。而L线则是扒用来对控制单元阿进行查询的导线芭，此线在目前生版产的车辆中已不斑存在。同时，由跋于串口的普及，翱K线实现起来更办容易。而逻辑电艾平的改变，只需半要转换电路。因懊此，本系统采用阿K线的通信方式爱。由于K线只是阿一根线，PC机阿与控制单元都要暗向对方发出信息

54、瓣，故为半双工串般行通讯。扳K线通讯主要有凹以下特点：败1）工作电压范拌围挨8 V拜阿18 V;艾2）使用环境温疤度为斑- 40 罢蔼芭125 盎白;唉3）与单片机背CMOS 败电平无缝连接搬;胺4）具有对地线啊短路保护爸;挨5）最大传输速碍率超过敖50 K;氨6）支持大电流颁;岸7）抗般8. 0 kV俺 板静电保护胺;矮8）工作时电源翱电压无电流输出巴。白9）双方采用半捌双工异步串行通氨讯昂为了保证准确、吧可靠数据通信，伴ECU和K线必罢须都有正确的电按平，由于K线电稗平和常用的串口跋电平不一致。因背此，必须设计专挨门的K线接口电爱路，以满足车辆澳K线诊断的要求澳，常用的MC3班3290与M

55、C罢U的接口电路如瓣下图所示：百 板 芭 图 唉2.15 翱电控单元与K线拔接口电路耙一般情况下，采盎用上图MC33绊290接口芯片佰对汽车进行进行邦故障诊断。本设靶计借鉴了MC3败3290的接口唉电路，采用TL背E6258接口背芯片对汽车进行办故障诊断。单线盎收发器TLE6昂258在协议控鞍制器和物理总线挨之间起到接口的奥作用，它特别适岸合在汽车LIN哎系统中驱动总线癌，而且它可以被鞍用在标准的IS般O9141系统巴当中。T板l袄E6258提供哎一种等待模式，哎它可以降低电流盎消耗；一个由总半线信息所引起的奥唤醒状态将使R傲xD引脚输出低癌电平，直到设备般转换到正常工作耙模式。TLE6皑25

56、8-2是专扳门为承受汽车使芭用时的恶劣条件柏而设计的。它具隘有以下特点：鞍1）单线收发器疤，适用于LIN凹协议；肮2）与LIN协敖议1.2,1.隘3和2.0兼容版；澳3）与ISO9颁141功能相兼昂容；搬4）数据传送速百率可以达到20伴K；拜5）在等待模式岸下，有很低的电安流消耗；伴6）来自总线的霸唤醒功能；奥7）对地和电源胺的短路保护；拜8）过温保护功耙能。蔼其进行故障诊断扮的原理图如图2案.16所示：隘 凹 傲 扒 半 笆 奥 昂图 2.16 唉 故障诊断原佰理电路隘由上述可得，故拌障诊断电路如下霸所示：哎 皑 岸 埃 版 芭图 2.17 版 故障诊断电摆路颁4 系统的软件爱设计般（1）

57、软件开扒发工具介绍埃本设计采用的是昂Freesca傲le公司的Co跋deWarri袄or软件，Co拌deWarri办or Deve把lopment佰 Studio叭（开发工作室）败是完整的用于编拌程应用中硬件b柏ring-up扒的集成开发环境俺。 采用Cod般eWarrio颁r IDE，开奥发人员可以得益案于采用各种处理佰器和平台（从M柏otorola安到TI到Int扳el）间的通用捌功能性。颁CodeWar耙rior包括构摆建平台和应用所版必需的所有主要隘工具 - ID叭E、编译器、调矮试器、编辑器、稗链接器、汇编程跋序等，满足大多矮数嵌入式开发项阿目的工具需要。拜另外，Code拜Warri

58、or肮 IDE支持开按发人员插入他们拔所喜爱的工具。背它是一个单一的伴开发环境，在每白一个所支持的平搬台上，性能及使昂用均是相同的。八在CodeWa笆rrior I伴DE开发平台下芭进行微处理器的扳选型和相关接口胺的定义（本设计按采用HCS12氨系列CPU），芭经过编译和链接背后，即可生成项般目文件，从而进邦行软件程序的编板写，最终生成可蔼执行文件。然后案使用BDM和P皑&E来下载程序八，把编译好的程败序下载到单片机白里调试运行，检案验实验结果并进靶行论证。埃（2） 系统软白件的总体设计思懊路拌系统程序有主程伴序和子程序。主扳程序显示整个系敖统的算法流程；半子程序负责各个败功能模块的显示肮和驱

59、动。程序的罢设计应按照软件把工程的相关规则澳和步骤来实现的癌，采用结构化、鞍模块化的程序设叭计方法，对整体哎功能进行划分，岸确定主从程序的安模块组成以及这搬些模块之间的联瓣系，明确各个模拔块的功能、处理败过程和数据流等耙。班本设计中软件部癌分的应实现的主暗要功能有：车速扒、电机转速脉冲稗信号的采集，驾百驶踏板、制动踏坝板位置和背光调肮节等模拟信号的熬采集，档位、电笆机故障、门开报稗警等开关信号的蔼采集和处理，步霸进电机驱动，L把ED的驱动显示爱和LCD的驱动叭显示等。所用到班的单片机模块有叭：A/D转换模矮块、ECT模块巴、PWM模块、耙模块、定柏时器/计数器模袄块、SPI模块岸和通信模吧块等

60、。氨微处理器的相关盎模块和引脚在主邦程序文件生成时袄，就已经由软件绊初始化了，包含扮在 PE_lo胺w_level啊_init()埃；中，因此只需蔼要将微处理器和氨一些外围驱动芯鞍片的初始化放在哎main函数的巴for循环之前俺进行。对各驱动笆芯片的子程序，疤如里程信息的读绊取、发送和显示般；SPI发送临瓣时里程信息和L柏CD显示信息；柏SCI查询、收巴发汽车的故障信矮息；A/D转换罢，输入输出口的隘控制；总里程信俺息的Flash爱擦写程序；车速扒信息的捕获、步蔼进电机的步进的蔼脉冲计数、CA拜N通信的定时发靶送以及掉电时总爱里程信息及时存跋储，则采用中断爱处理程序来实现艾，分别在相应的碍中断