电动汽车中控台控制电路设计概述

1、 PAGE 43 天津电电子信息职业业技术学院毕 业 设 计计 课题名名称 电动动汽车中控台台控制电路设设计 姓 名 学 号 班 级 专 业 所 在在 系 指导教教师 完成日日期 20111.12.331 天津电子信息职职业技术学院院毕业设计（论文文）任务书课题名称： 电动汽车车中控台控制制电路设计 完成期限：20010年 110 月311日至 20010年122 月31日日姓 名 指导导教师 专 业 职 称 工程师 所在系 系 主 任 接受任务日期 2011.10.288 批批准日期 2011.10.311 一、原始依据（资资料）： 汽车仪表是驾驶驶员与汽车进进行信息交流流的重要接口口和界面

2、，对对汽车的行驶驶安全性和舒舒适性有很大大影响，因而而控台控制电电路的设计非非常重要。随随着电子技术术、计算机和和通信技术等等的发展，汽汽车仪表越来来越趋向数字字化。与传统统汽车相比，电电动汽车在所所要显示的信信息方面有所所保留但又有有一定程度的的区别。二、设计（论文文）内容和要要求：设计内容： 文是以Freeescalee公司的MCC9S12DDG128单单片机为基础础，进行组合合仪表系统控控台控制电路路的设计，主主要包括硬件件设计和软件件设计两个方方面，即进行行各典型电路路模块的设计计和相关芯片片驱动程序的的编写。它采采用步进电机机式指针仪表表、LED和和LCD显示示器显示车速速、电机转速

3、速、里程信息息以及电机电电流、蓄电池池电压、电流流和荷电状态态等相关的信信息，同时采采用了汽车行行业标准的CCAN 通信信接口挂接在在CAN总线线上，实现与与车内其它模模块的数据通通信。本系统统采用模块化化设计，简化化了外部电路路、降低了成成本，显示的的信息更加直直观、可靠，且且具有较高的的精度。 设计要求： 1 学学生要独立完完成一个软件件或较大软件件中的一个模模块2 要有足够的的工作量3 要写出软件件说明书4 能够进行计计算机演示和和给出运算结结果。5 涉及到计算算机硬件或电电控装置6 学生要独立立完成一个完完整的实验7 要有完整的的测试结果和和实验数据8 实验要有探探索性9 要写出使用用

4、说明书。三、建议查阅的的技术资料：1 王宜怀怀, 刘晓升升 等. 嵌嵌入式系统-使用HCSS12微控制制器的设计与与应用M. 北京: 北京航空空航天大学出出版社, 22008.2 王佳,等. 基于于CAN总线线纯电动汽车车整车控制器器设计A. 北京理理工大学出版版社, 220073 肖玲妮妮,等著 PProtell 20044电路设计M, 清清华大学出版版社 20006.4 张翔,杨建中, 等. 纯纯电动汽车的的组合仪表综综述J. 汽车电器器, 20008,(122):1-55.5 刘伟, 等. 基基于ST722F561的的全数字式汽汽车组合仪表表的设计JJ. 仪仪器仪表学报报, 20007,

5、 288(9): 1635-1639.6 董浩浩,王建,赵赵云波. 基基才MC9SS12HZ2256的总线线式汽车数字字仪表设计J. 电子设计工工程, 20010, 118 (2): 83-88.7 付晓晓光. 电电动汽车数字字仪表的设计计与实现DD， 北京京工业大学硕硕士学位论文文，20099.05.8 李飞，姜姜木霖等。基基于MC688HC9088LJl2的的汽车组合仪仪表设计湖北汽车车工业学院学学报 20008,22（44）.9 付胜波波 基于CCAN总线的的汽车组合仪仪表研究DD 武汉理理工大学硕士士学位论文，22007.55.10 吴敦敦福，陈剑等等 纯电动车车组合仪表设设计P 中国

6、科技论论文在线 2009.10（1003）.11 沈沈红卫，杨建建生 基于CCAN的汽车车组合仪表运运转台J 仪表技术术与传感器 2004,11.12 戴松松新等 汽车车组合仪表板板控制系统设设计J 电子工程师师 20066，32（33）.13 刘鹏鹏、康栋梁 基于STMM32的汽车车仪表系统的的设计P 中国科技技论文在线 毕业设计（论文文）进度计划划表序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签字12011.100.31到2011.111.10控制电路总体设设计完成控制电路总总体设计22011.111.10到2011.111.20系统电源设计完成系统电源设设计32011.111.20

7、到2011.111.30电路的硬件设计计完成电路的硬件件设计42011.111.30到2011.122.10微型处理器选型型完成微型处理器器选型52011.122.10到2011.122.20电路系统的设计计完成电路系统的的设计62011.122.20到2011.122.31子程序设计完成子程序设计计72012.1.1到2012.1.8答辩答辩系毕业设计（论论文）领导小小组审阅意见见：系主任签字：年 月月 日毕业设计（论文文）开题报告告毕业设计（论文文）题目电动汽车中控台台控制电路设设计学生姓名系别应用电子专业、班级指导教师职称工作单位指导教师职称工作单位实践地点交表日期2011.100.31

8、毕业设计(论文文)开题报告告内容要求： = 1 * GB3 课题的意义、现现状及发展趋趋势。 = 2 * GB3 课题的研究内内容、研究方方法、研究手手段、研究步步骤。 = 3 * GB3 课题所需的参参考书目等。注：开题报告占占毕业设计(论文)总成成绩的10% 。 汽车仪表是驾驶驶员与汽车进进行信息交流流的重要接口口和界面，对对汽车的行驶驶安全性和舒舒适性有很大大影响，因而而控台控制电电路的设计非非常重要。随随着电子技术术、计算机和和通信技术等等的发展，汽汽车仪表越来来越趋向数字字化。与传统统汽车相比，电电动汽车在所所要显示的信信息方面有所所保留但又有有一定程度的的区别。本文文是以Freee

9、scalle公司的MMC9S122DG1288单片机为基基础，进行组组合仪表系统统控台控制电电路的设计，主主要包括硬件件设计和软件件设计两个方方面，即进行行各典型电路路模块的设计计和相关芯片片驱动程序的的编写。它采采用步进电机机式指针仪表表、LED和和LCD显示示器显示车速速、电机转速速、里程信息息以及电机电电流、蓄电池池电压、电流流和荷电状态态等相关的信信息，同时采采用了汽车行行业标准的CCAN 通信信接口挂接在在CAN总线线上，实现与与车内其它模模块的数据通通信。本系统统采用模块化化设计，简化化了外部电路路、降低了成成本，显示的的信息更加直直观、可靠，且且具有较高的的精度。由于于技术标准和

10、和相关法规的的不健全，局局部功能有所所限制。但是是，作为新型型汽车上的组组合仪表系统统，该设计展展现了很好的的应用前景。指导教师审核意意见： 签签字： 年 月 日日系毕业设计（论论文）领导小小组审阅意见见： 系主任签字字： 年 月 日毕 业 设 计计（论 文）系别专业班级姓名班级学号毕业设计（论文文）题目：电动汽车中控台台控制电路设设计毕业设计（论文文）评语： 指导教师签字： 年年 月 日毕业设计（论文文）总评成绩绩：系主任签字：年 月 日天津电子信息职职业技术学院院教务处目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295315848 摘要 PAGEREF _Toc2

11、95315848 h 1 HYPERLINK l _Toc295315850 一 引 言2 HYPERLINK l _Toc295315851 1 课题背景2 HYPERLINK l _Toc295315852 2 课题的目的的、意义3 HYPERLINK l _Toc295315853 3 课题的国内内外研究现状状3 HYPERLINK l _Toc295315854 二 控制制电路的系统统设计4 HYPERLINK l _Toc295315855 1 组合仪表表的总体结构构设计4 HYPERLINK l _Toc295315856 2 系统的功能能和要求5 HYPERLINK l _Toc

12、295315857 3 系统的硬件件设计6 HYPERLINK l _Toc295315858 （1） 微处理理器的选型6 HYPERLINK l _Toc295315859 （2） 电源电电路和掉电保保护电路的设设计6 HYPERLINK l _Toc295315860 （3） 输入脉脉冲信号调理理电路的设计计8 HYPERLINK l _Toc295315861 （4） 步进电电机驱动模块块的设计9 HYPERLINK l _Toc295315862 （5） LEDD驱动模块的的电路设计11 HYPERLINK l _Toc295315863 （6） LCDD驱动模块的的电路设计12 HY

13、PERLINK l _Toc295315864 （7） CANN通信模块的的电路设计14 HYPERLINK l _Toc295315865 （8） 故障诊诊断电路的设设计 PAGEREF _Toc295315865 h 16 HYPERLINK l _Toc295315866 4 系统的软件件设计20 HYPERLINK l _Toc295315867 （1) 软件件开发工具介介绍20 HYPERLINK l _Toc295315868 （2） 系统软软件的总体设设计思路20 HYPERLINK l _Toc295315869 （3） 主程序序的设计31 HYPERLINK l _Toc29

14、5315870 （4） 输入脉脉冲捕捉程序序的设计23 HYPERLINK l _Toc295315871 （5） Flaash擦写程程序的设计25 HYPERLINK l _Toc295315872 （6） CANN通信程序的的设计26 HYPERLINK l _Toc295315872 （7） 本章小小结28 HYPERLINK l _Toc295315873 三 结 束 语语29 HYPERLINK l _Toc295315874 四 致 谢29 HYPERLINK l _Toc295315875 五 参考文献30电动汽车中控台台控制电路的的设计摘要摘要：汽车仪表表是驾驶员与与汽车进行信

15、信息交流的重重要接口和界界面，对汽车车的行驶安全全性和舒适性性有很大影响响，因而控台台控制电路的的设计非常重重要。随着电电子技术、计计算机和通信信技术等的发发展，汽车仪仪表越来越趋趋向数字化。与与传统汽车相相比，电动汽汽车在所要显显示的信息方方面有所保留留但又有一定定程度的区别别。本文是以以Freesscale公公司的MC99S12DGG128单片片机为基础，进进行组合仪表表系统控台控控制电路的设设计，主要包包括硬件设计计和软件设计计两个方面，即即进行各典型型电路模块的的设计和相关关芯片驱动程程序的编写。它它采用步进电电机式指针仪仪表、LEDD和LCD显显示器显示车车速、电机转转速、里程信信息

16、以及电机机电流、蓄电电池电压、电电流和荷电状状态等相关的的信息，同时时采用了汽车车行业标准的的CAN 通通信接口挂接接在CAN总总线上，实现现与车内其它它模块的数据据通信。本系系统采用模块块化设计，简简化了外部电电路、降低了了成本，显示示的信息更加加直观、可靠靠，且具有较较高的精度。由由于技术标准准和相关法规规的不健全，局局部功能有所所限制。但是是，作为新型型汽车上的组组合仪表系统统，该设计展展现了很好的的应用前景。关键词：汽车仪仪表；MC99S12DGG128；硬硬件；软件；控台电路。一 引引 言1 课题背景伴随汽车工业的的日益发展，能能源危机日益益加剧，同时时也带来相关关的环境问题题。这使

17、得电电动汽车成为为当前新一代代汽车（混合合动力汽车、电电动汽车、新新能源汽车）发发展的一个趋趋势。作为现现代汽车的关关键零部件之之一，汽车仪仪表反映了汽汽车行驶工况况的相关内外外部信息，有有利于保障汽汽车的行驶安安全性和舒适适性。同时，由由于新技术的的不断发展，汽汽车仪表广泛泛采用电子、计计算机与通信信技术，使之之成为现代汽汽车的信息和和控制中心，从从而使得汽车车组合仪表和和相应控制器器的开发设计计显得尤为重重要。 一般传统的汽汽车组合仪表表有：车速里里程表、转速速表、机油压压力表、水温温表、燃油表表、以及相关关的报警和指指示仪表。电电动汽车因为为采用的是电电机，没有使使用发动机， 所以没有发

18、发动机转速表表、水温表、燃油表， 但需要相相应地增加电电机转速表、电流表、蓄电电池电压表和和剩余电量表表这些与电动动汽车相关的的信息表。由由于空间及其其他因素的限限制，传统的的机电式模拟拟仪表只能给给驾驶员提供供必要的而又又少量的信息息，现代汽车车仪表则要求求所显示的内内容和信息的的种类越来越越多、精度和和可靠性也越越来越高，因因而汽车仪表表的电子化和和数字化成为为必然的发展展趋势。900年代，国外外制造商为了了克服电气式式仪表的原理理误差和工艺艺误差，纷纷纷推广采用电电子式仪表，首首先将传感器器的模拟信号号数字化，如如将驱动车速速里程表的软软轴或电机变变换成霍尔传传感器，将机机械传动或电电量

19、转动变成成数字电信号号传输。其次次，将磁感应应指示模块变变成数字显示示形式，里程程累计由蜗杆杆传动变成由由步进电机驱驱动或直接数数字化显示。随随着信息技术术的高度发展展，汽车仪表表已从单个仪仪表电子化迈迈向集成化和和系统化，这这也使得汽车车仪表的控台台控制电路成成为可能和必必须。 同时，现在汽汽车的故障诊诊断、实时通通信、导航和和定位等大量量复杂信息服服务开始应用用于汽车上，各各个系统之间间工作的协调调性、可靠性性以及抗干扰扰性，也需要要汽车能够及及时、高效、合合理的处理好好相关的信息息，因而控制制电路的正确确合理设计对对汽车仪表的的功能发挥和和未来发展有有着重要作用用。2 课题的目的的、意义

20、本课题的目的是是：通过仪表表与微处理器器、局域网通通信技术等结结合起来，取取代原来的纯纯机械式和模模拟式仪表，综综合利用电子子式、数字式式仪表的特点点，更直观、方方便的对汽车车的相关信息息进行显示，同同时及时准确确、可靠的获获得汽车的实实时信息。对对于可能发生生的故障和不不利情况，采采用CAN通通信技术进行行相关模块的的信息交换共共享，通过微微处理器对整整个系统进行行控制，并进进行相应的处处理；预留故故障诊断接口口，以便对汽汽车的可能故故障实现实时时检测，以确确保驾驶过程程的安全性和和舒适性。此此外，汽车仪仪表的不断电电子化、数字字化，使得其其所能显示的的信息更多，也也有利于仪表表的功耗、可可

21、靠性得到提提高。该设计将是汽车车仪表的一个个发展阶段，也也是未来汽车车仪表走向全全数字化的一一个准备阶段段。汽车仪表表的显示和相相应控制系统统技术将会日日臻完善，具具有高精度和和高可靠性、小小型化和轻量量化的汽车数数字化组合仪仪表将是未来来发展趋势。3 课题的国内内外研究现状状国外的电动汽车车的发展历史史较长，从11834年首首辆电动汽车车诞生到19900年美国国汽车市场上上电动汽车、内内燃机汽车和和蒸汽机车的的三分天下，国国外的电动汽汽车有过大规规模的生产和和销售历史，组组合仪表和相相关的控制电电路设计也较较成熟。 汽车仪表发展，按按其工作原理理上取得的重重大技术创新新来分经过了了4代：第1

22、1代汽车仪表表是基于机械械作用力而工工作的机械式式仪表，即机机械心表；第第2代汽车仪仪表的工作原原理基于电测测原理，即通通过各类传感感器将被测的的电量转换成成电信号加以以测量，称之之为电气式仪仪表；第3代代为模拟电路路电子式；第第4代为步进进电动机式全全数字汽车仪仪表。目前汽汽车仪表正在在经历第3代代向第4代转转型时期。目前国际市场上上汽车电子仪仪表应用主流流有三种形式式：第一种形形式与国内市市场上正大力力推行的电子子式汽车里程程表和电子式式发动机转速速表一样，主主要是对车速速里程表、转转速表电子化化改造。第二二种形式是所所有汽车仪表表机芯统一成成一种结构的的步进电机，所所有的传感信信号经AD

23、D转换后，由由中央处理器器CPU运算算处理后发布布指令，使各各步进电机运运转，实现仪仪表指示功能能，由于该过过程是全数字字化的，因而而它不仅指示示精度高，加加上合适的软软件还能实现现自诊断功能能。第三种形形式即是信息息管理系统，也也是国际汽车车电子仪表的的发展趋势。我国汽车仪表的的发展随汽车车工业一道，自自50年代创创业起步。而而我国对于电电动汽车的研研发，则开始始于20世纪纪80年代，承承担的单位主主要是高校和和科研院所只只有部分企业业涉足这一领领域，大部分分开发的属于于功能样车。目目前，市场上上虽有一部分分电动汽车上上市，但还需需要市场和时时间的检验。因因此，国内的的电动汽车组组合仪表的开

24、开发工作尚处处于起步阶段段，生产与发发展速度缓慢慢，处于电子子式和数字式式相结合的发发展阶段，正正在逐步向全全数字式方向向发展。 二 控制制电路的系统统设计1 组合仪表的的总体结构设设计 汽车车组合仪表通通常由以下几几部分组成：车速表、里里程表、转速速表、水温表表、油量表、照照明系统、报报警指示系统统等。本设计计是基于电动动汽车，其组组合仪表板上上主要显示的的信息有：电电机转速、车车速、行驶的的总里程和临临时里程、电电机电流、蓄蓄电池电压、荷荷电状态以及及各种指示灯灯和报警信号号。因而，汽汽车仪表系统统由各种信号号采集模块、处处理与控制模模块、驱动电电路、显示模模块和电源模模块组成(各各主要功

25、能模模块的结构框框图如图2.1所示)。其其中，采集模模块负责采集集电动车行驶驶时所关心的的各种工作状状态信息参数数，即仪表要要显示的信息息量；处理与与控制模块主主要负责处理理经过整形的的脉冲信号（车车速、电机转转速）、各种种模拟信号（蓄蓄电池电压、制制动和加速踏踏板位置）（对对于内部没有有集成A/DD转换模块的的芯片，还要要外加相应的的A/D转换换模块）以及及一些开关量量信号（如点点火信号、换换挡手柄位置置信号、组合合开关信号等等）送入到主主控芯片中，由由主控芯片输输出相应的控控制信息驱动动对应的电路路；驱动电路路主要完成驱驱动步进电机机显示车速、电电机转速，驱驱动LED显显示总里程和和临时里

26、程，驱驱动LCD显显示电机电流流、蓄电池电电压、电流和和荷电状态；显示模块主主要对采集的的信息进行显显示；电源模模块则为各模模块和控制电电路的正常工工作提供电能能。 该设计计以Freeescalee公司的166位微控制器器MC9S112DG1228微主控制制器，通过各各种传感器对对电机转速、车车速、制动踏踏板和加速踏踏板位置信号号等进行测量量，通过相关关的信号处理理电路将脉冲冲信号、模拟拟信号和开关关量信号送入入MC9S112DG1228中进行计计算和处理，输输出驱动步进进电机、LEED和LCDD，从而实现现相关信息的的实时显示。 图 22.1 纯电动车车组合仪表的的系统结构图图2 系统的功能

27、能和要求该设计中的汽车车组合仪表和和相应的控制制电路，用于于显示和记录录汽车行驶过过程中的各种种状态信息，具具体应当实现现的功能如下下： 1）以CANN通信的方式式获取动力电电池管理系统统的信息（电电池的SOCC、电池电压压和电流）和和电机电流等等信息，并传传送给LCDD屏进行显示示； 2）用步进电电机带动表盘盘指针实时指指示汽车行驶驶过程中的电电机转速和车车速两路信号号； 3）用数码管管显示汽车的的总里程和临临时里程。其其中，累计总总里程具有记记忆功能，临临时里程可以以被随时清零零。分别选用用合适的数码码管位数来显显示累计总里里程和临时里里程；4）应具有掉电电保护功能，以以便发生掉电电时能够

28、及时时对数据进行行存储。电源源掉电和上电电时，表头指指针可以复位位回零；5）系统电源由由车载蓄电池池提供12VV电源；6）根据车内照照明情况，进进行仪表背光光调节。同时时还要指示远远光、雾灯、转转向等信号。7）系统还要求求有对电机的的状态进行监监测，预留故故障诊断接口口对汽车的故故障进行诊断断处理：8）系统要具有有一定程度的的抗干扰能力力，因此在对对系统的软件件和硬件方面面进行设计时时应当充分考考虑；9）系统要有良良好的兼容性性，标定和检检测要方便。3 系统的硬件件设计 （1）微处理理器的选型在汽车电子控制制系统中，微微处理器接收收经过输入处处理电路处理理的信号，然然后计算并控控制所需的输输出

29、值，按照照行驶状况的的要求适时地地向执行机构构发送控制信信号。目前，在在ECU中，所所采用的微处处理器多数是是8位和166位的，只有有极少数采用用32 位的的。出于安装装空间和仪表表板的简洁性性考虑，微处处理器的体积积应当尽量小小：同时，对对仪表的实时时性和准确性性的要求，微微处理器要有有一定的运算算速度和精度度。本设计主要是应应用在电动汽汽车上，属于于新型产品的的开发和应用用，因此对于于汽车上相关关信息的采集集以及控制等等性能要求较较高，故拟采采用Freeescalee公司的166位微处理器器MC9S112DG1228。MC99S12DGG128是FFreesccale HHCS12系系列单

30、片机，其其主要参数和和功能模块如如下：1288K的闪存、88K的、的、个通通道位转换器器、控控制器、兼容容协议议以及定时器器/计数器通通道和键盘中中断、和通通信接口、输输入捕捉、输输出比较与。 （2）电源电电路和掉电保保护电路的设设计系统的电源来自自汽车上的电电瓶，而汽车车电瓶的电压压是+12VV。本系统需需要两路电源源供电：122V电源和55V电源。112V主要用用来为一般的的各种信号指指示灯和报警警灯以及背光光灯提供电源源，5V电源源主要对微处处理器及一些些外围电路和和功能芯片（如如LED数码码管显示、LLCD液晶显显示、步进电电机驱动芯片片等）供电。因因此，为了获获得所需的+5V电源，需

31、需要采用电源源转换芯片进进行电平转换换得到。本设设计中，选用用的电源转换换芯片为LMM2940，其其输入电压的的范围为6.25V=VIN=26V，输输出电压的精精度较高，误误差在5%以以内，稳定性性好。该芯片片具有反向电电源保护功能能、限制内部部短路电流以以及产品的增增强型测试功功能；电源电电路的硬件电电路图如下图图2.2所示示：输出电压压为5V。此此外，为了降降低输出电压压的纹波和EEMI噪声，电电路也可附加加相关的处理理模块，进行行滤波和抗干干扰处理。 图 2.22 电源电路路图中的二极管DD11的作用用是防止输入入电压接反，对对电路起反向向保护作用；稳压二极管管对电路进行行过压保护；电解

32、电容对对输出的电压压进行滤波。为了防止系统在在正常工作时时，由于电源源和其他故障障而导致电路路突然断电，使使得系统来不不及保存相关关的数据而导导致数据丢失失。因此，需需要附加掉电电保护电路，使使得掉电时能能及时存储里里程信息，同同时车速表、转转速表的指针针回零。为此此，电源的输输入端必须接接入较大容量量的电容，可可以使用一个个1000uuF的电解电电容，也可以以使用两个4470uF的的电解电容。本本设计采用两两个470uuF的电解电电容，电源断断开时会在单单片机的一个个引脚产生一一个外部中断断信号，大的的电容可以维维持单片机电电源足够长的的时间，使得得单片机可以以完成内部数数据的存储和和外部中

33、断服服务程序。本本设计拟采用用MC340064电压监监控芯片，该该芯片的功能能是：系统正正常工作期间间，当电源电电压突然由高高电压下降到到足够低的电电压时，可产产生一个复位位信号，将此此复位信号作作为外部中断断信号接入单单片机引脚，触触发单片机的的外部中断引引脚产生中断断，进行转入入中断服务程程序进行相关关的处理。它它与单片机的的接口电路图图如下所示： 图图 2.3 MC344064的电电压监控电路路工作图由以上分析可知知，掉电保护护电路图如下下图所示： 图 2.4 掉电保保护电路（3）输入脉冲冲信号调理电电路的设计车速信号和转速速信号是通过过传感器从汽汽车电动机和和车轮相关位位置取出。多多以

34、非接触方方式获取。如如用霍尔、电电涡流等传感感器获取，本本设计所对应应的传感器类类型为霍尔传传感器，车轮轮每旋转一周周将会产生一一个脉冲。来来自传感器的的脉冲信号输输入到单片机机定时器模块块的管脚，使使用输入捕捉捉功能，为改改善波形，在在输入捕捉管管脚外增加处处理电路。包包括车速脉冲冲信号和转速速脉冲信号处处理。其调理理电路图如图图2.3所示示： 图图 2.5 车速速、电机转速速信号调理电电路由图可知，当车车速、电机转转速的输入信信号为低电平平时，D299、D30两两个二极管导导通，则单片片机接收到的的为低电平；当车速、电电机转速输入入信号为122V高电平时时，此时D229、D300两个二级管

35、管截止，此时时单片机接收收到的电平信信号为电阻RR23、R226上的分压压，即：V=Vin * R23/(R21+R22+RR23)=112V * 47/(110+60+47)=44.82V为高电平，从而而将车速及电电机转速信号号转换成单片片机所能识别别的逻辑电平平信号。同时时，此设计可可对干扰信号号起到较好的的抑制作用。（4）步进电机机驱动模块的的设计步进电机是一个个将电脉冲信信号转换为角角位移或线位位移的机电式式数模转换器器，步进电机机的工作原理理是建立在被被励磁的定子子电磁铁吸引引可选转的衔衔铁产生转矩矩而旋转，即即靠磁铁引力力作用把电磁磁能转换成机机械角位移ff211。在在非超载的情情

36、况下，电机机的转速、停停止的位置只只取决于脉冲冲信号的频率率和脉冲数，而而不受负载变变化的影响，即即给电机加一一个脉冲信号号，电机则转转过一个步距距角。脉冲的的个数决定了了转角的大小小，而脉冲的的频率决定了了电机的转速速。这一线性性关系的存在在，加上步迸迸电机只有周周期性的误差差而无累积误误差等特点。使使得在速度、位位置等控制领领域用步进电电机来控制变变的非常的简简单。一般步步进电机可分分为二相、三三相、四相和和六相。该模块以仪表指指针的形式动动态地向驾驶驶员提供车辆辆运行时的两两个重要参数数：车速和电电机转速，使使信息的显示示更加直观、具具体。因此，该该模块能否准准确稳定地工工作关系到汽汽车

37、仪表盘的的整体性能。本设计采用伟力力驱动技术有有限公司的VVID66-06步进电电机驱动芯片片和汽车仪表表用步进电机机VID299-05。 VID666-06是是一款专为驱驱动步进电机机而设计的CCMOS集成成电路，每个个驱动芯片可可同时驱动四四路电机。在在驱动芯片的的频率控制端端输入脉冲序序列F(sccx)，输出出端可以控制制步进电机的的输出轴以微微步转动，每每个脉冲对应应电机输出轴轴转动1/112度，最大大角速度可达达600度/s。该产品品适用于相位位差为60 度的两相永永磁仪表步进进电机。其特特点有：以微微步驱动；简简单易用，每每个电机只需需速度F(sscx)和方方向（CW/CCW）两两

38、个控制端；所有输入脚脚都有干扰过过滤器；款工工作电压；低低电磁干扰辐辐射。 VVID29-05步进电电机是伟力公公司的VIDD系列步进电电机，其可以以工作于510V的脉脉冲下，最大大消耗电流为为20mA，内内置减速比1180/1的的齿轮系，输输出轴的步距距角最小为1112 度度，最大角速速度为6000度/s，其其一个整步的的步距角为1180 度，每每一个整步分分为3个分步步，其微步的的工作方式将将每一分步再再细分成四步步走完，即将将电机每相绕绕组的电流分分为四个台阶阶投入或切断断。每一个微微步的步距角角为15度，绕绕组的电流波波形为一正弦弦阶梯波。可采用分步步模式或微步步模式驱动。它具有如下优

39、势：精密微步技术、旋转平稳精确、低功耗、宽工作电压、动静扭力强劲、降噪抗震性能好和较好的环境适应性。由于其布距角很小，因此可以将数字信号很准确地转为模拟的显示输出，但同时，微小的脉冲干扰很容易引起仪表指针的抖动，因而如何防抖使电机正常稳定地工作，成了此设计的一个难点。为此，可以推荐采用两点技术： 第一：在信号的输输入端增加了了防抖技术，并并上22F和0.1F的电容。 第二：在信号的输输出端增加防防抖技术，在在步进电机的的四个引脚并并上四个0.1F 的电容。从而可使信号的的输入端和输输出端进行滤滤波，防止外外部干扰，保保证信号能准准确稳定的传传输。该步进电机驱驱动芯片的应应用原理图如如下所示：图

40、 2.6 VIID66-006的典型应应用原理图 由于本设设计中只采用用两路步进电电机，故只需需选择其中的的两个来显示示汽车的车速速和电机转速速，本设计拟拟采用A、CC两个端口驱驱动步进电机机。（5） LEDD驱动模块的的电路设计 LED因其体体积小、耗电电量低、使用用寿命长、亮亮度高、热量量低和环保等等优点，被广广泛应用于许许多领域。并并联LED工工作方式因其其在电源功率率应用方面效效率较低，且且其中任何一一个LED发发生故障，都都不会影响其其他LED的的正常工作，所所以可以获得得高稳定性。本本系统拟采用用8位8段LLED数码管管来显示汽车车行驶时的总总里程和临时时里程信息。其其中前五位显显

41、示总里程信信息，后三位位显示临时里里程信息。本设计采用MAAX72199/72211 LED显显示驱动芯片片驱动数码管管进行显示。MMAX72221采用3线线串口传送数数据，占用资资源少且硬件件简单，只需需一个外部电电阻既可以方方便的调节LLED的亮度度（本设计采采用固定阻值值电阻）；可可以灵活地选选择显示器的的个数；用户户自己可以根根据情况，选选择进行译码码显示或不译译码显示；内内含硬件动态态扫描控制，可可设置低功耗耗停机方式。其其工作原理如如下图所示：SEGA-SEEGG和DPP分别为LEED七段驱动动器线和小数数点线，供给给显示器源电电流；DIGG0-DIGG7为8位数数字驱动线，输输出

42、位选信号号。DIN是是串行数据输输入端。在CCLK的上升升沿，一位数数据被加载到到内部16位位移位寄存器器中，CLKK最高频率可可达10MHHZ，在输入入时钟的每个个上升沿均有有一位数据由由DIN端移移入到内部寄寄存器中；LLOAD用来来装载数据，在在LOAD的的上升沿，116位串行数数据被锁存到到数据或控制制寄存器中，LLOAD必须须在第16个个时钟上升沿沿的同时或之之后，在下一一个时钟上升升沿之前变高高，否则数据据将会丢失。其其应用电路图图如下图所示示： 图 2.7 MMAX72119/72221的典型应应用电路 由驱动芯片片MAX72219/72221的应用用原理图，设设计的LEDD驱动

43、电路图图如下图所示示： 图 2.88 LEDD驱动电路（6）LCD驱驱动模块的电电路设计 LCD 液晶晶显示器是 Liquiid Cryystal Displlay 的简简称，LCDD 的构造是是在两片平行行的玻璃当中中放置液态的的晶体，两片片玻璃中间有有许多垂直和和水平的细小小电线，透过过通电与否来来控制杆状水水晶分子改变变方向，将光光线折射出来来产生画面。液液晶是一种介介于固体与液液体之间，具具有规则性分分子排列的有有机化合物。在在不同电流电电场作用下，液液晶分子会做做规则旋转990度排列，产产生透光度的的差别，如此此在电源ONN/OFF下下产生明暗的的区别，依此此原理控制每每个像素，便便

44、可构成所需需图像。液晶晶因其低压微微功耗、显示示的信息量大大、为被动显显示型、易于于彩色化等优优点，而被广广泛应用作一一种显示工具具。本设计中，利用用液晶主要来来显示电机电电流、蓄电池池电压、电流流和荷电状态态信息。由于于显示的信息息量较少，故故采用较小的的LCD点阵阵式显示屏（如如要显示其他他的信息，可可适当增加点点阵式LCDD的行、列数数）。综合考虑，本设设计拟采用HHT16211B LCDD驱动器和相相应的LCDD显示屏。HHT16211B是32xx 4点、内内存映像和多多功能的LCCD驱动器。HHT16211B内嵌2556KHzRRC振荡器、可可外接32KKHz晶片和和256KHHz频

45、率源输输入，内嵌时时基发生器和和看门狗定时时器、节电命命令下可降低低功耗。同时时，HT16621B的软软件配置特性性、可以配置置成1/2或或1/3的LLCD驱动器器偏压和2、33、和4个公公共端口，这这使它适用于于多种LCDD应用场合，包包括LCD模模块和显示子子系统。HTT1621BB的内部结构构和引脚图如如下图所示： 图 2.9 HT11621B的的方框图微处理器与HTT1621BB驱动芯片之之间采用SPPI串行通信信技术，利用用串行接口技技术简化了模模块和微处理理器间的布线线，大大提高高了模块和仪仪表系统的线线束和数据传传输的可靠性性，同时降低低了成本。此此方案，对于于液晶生产厂厂家的设

46、计和和工艺有一定定的促进。由由于采用接口口技术，使得得汽车组合仪仪表使用液晶晶面板显示的的技术方案，克克服了汽车仪仪表运用液晶晶驱动技术中中遇到的布线线困难、可靠靠性低和寿命命低等一系列列缺陷。串行行通信技术（SSPI）的合合理应用可以以降低部件（整整车）线束复复杂度，提高高可靠性和工工艺性。由于于采用了模块块化技术、串串行接口等技技术和工艺，液液晶模块的综综合技术优势势非常明显，可可作为高档的的配置方案在在汽车行业内内得到一定程程度的应用。本本设计该模块块的电路图如如下所示： 图 2.110 LLCD驱动显显示电路（7） CANN通信模块的的电路设计 CANCControoller Area

47、 Netwoork 是20 世世纪BOSCCH 公司开开发的解决现现代汽车众多多的控制单元元、测试仪器器之间的实时时数据交换而而开发的一种种串行数据通通讯协议，是是一种支持分分布、实时控控制的串行通通信总线网络络，其基础是是无破坏性仲仲裁机制，使使得总线能以以最高优先权权访问报文而而没有任何延延时。其最大大传输速率可可以达到lMMbps(440m)。由由于CAN 总线卓越的的特性、极高高的可靠性和和独特的设计计，适合工业业设备内的模模块间数据互互连。因此在在机器人内部部各模块（通通信模块、主主控制模块、运运动控制模块块、导航模块块、环境监测测模块等）之之间设计采用用CAN 总总线通信。CAN属

48、于总线线形式串行通通信网络，采采用了许多新新技术及独特特的设计。CCAN总线的数据通信信具有高稳定定性、高灵活活性、高可靠靠性的特点。一一个由CANN总线构成的的单一网络中中，理论上可可以挂无数个个节点。实际际应用中，节节点数目受网网络硬件的电电器特性所限限制。CAN 总线有有很多特性： 采用了了双线差分信信号。通信协协议本身对节节点的数量没没有限制，而而且总线上节节点的数量可可以动态改变变。 广播发发送报文的形形式，即报文文可以被所有有的节点同时时接收。 多主站站结构，各节节点平等，优优先权由报文文ID 所决定定。 每个报报文的内容通通过标识符，标标识符在网络络中是唯一的的。 具有一一套复杂

49、的错错误检测与错错误处理机制制，如CRCC检测、接口口的抗电磁干干扰、错误报报文的自动重重发、临时错错误的恢复以以及永久错误误的关闭。 采用了了双绞线作为为总线介质，传传输速率可达达1Mbpss,总线长度度=40 米。 采用了了NRZ 与位位填充的位编编码方式，减减小了报文的的误码率。系统内 CANN 总线结构构拓扑图： 图 22.11 CAN总线线结构拓扑图图 对于本设计计，由于所选选取的微处理理器MC9SS12DG1128内部集集成了3个CCAN模块，符符合CAN22.0A/BB协议标准，故故外围只需连连接CAN收收发器即可。本本设计拟采用用高速CANN收发器MCCP25511.MCP22

50、551是一一个可容错的的高速CANN器件，可作作为CAN协协议控制器和和物理总线接接口。MCPP2551可可为CAN协协议控制器提提供差分收发发能力，它完完全符合ISSO-118898标准，包包括能满足224V电压要要求。它的工工作速率高达达1 Mbpps.它还具具有上电复位位和电压事件件欠压保护、自自动检测TXXD输入端的的接地错误功功能，可连接接的节点数高高达112个个，未上电的的节点和欠压压保护不会影影响CAN总总线，采用差差分总线、具具有很强的抗抗噪特性。其其内部结构框框图和测试电电路如下所示示：图 2.122 MMCP25551的内部结结构框图图 2.13 MCPP2551的的测试电

51、路 由MC9S112DG1228和MCPP2551的的结构和电气气特性可知，CCAN通信模模块的电路图图可按照下图图所示进行设设计： 图 22.14 CAN通信信模块的电路路（8）故障诊断断电路的设计计 随着电子技术术的发展，大大量电控单元元在车辆上使使用，这一方方面使得汽车车的使用性能能有所提高，另另一方面也使使得检测和维维护越来越复复杂。若不能能及时有效的的检测出汽车车上的故障，汽汽车的性能将将会恶化，使使用寿命将会会降低，同时时对行驶的安安全性和舒适适性带来一定定的影响。车车辆故障诊断断就是顺应这这种形式的要要求出现的，诊诊断设备一般般通过专用诊诊断接口与车车辆总线进行行数据交换。诊诊断

52、设备由第第三方开发，并并符合SAEE标准规定，诊诊断口主要完完成诊断设备备与车辆ECCU通讯信号号转换。由于于车辆使用环环境的特殊性性，通常ECCU的标准串串行通讯口不不能满足使用用要求。为此此，本设计拟拟在电控ECCU的基础上上，在电控系系统诊断平台台上，对汽车车进行故障诊诊断。根据SSAE规定的的OBD标准准，车辆行业业使用K、LL线制进行诊诊断或标定。通通过K线对某某个控制单元元进行查询，通通过K线、测测试仪和控制制单元可进行行数据交换，即即通过K线数数据被双向传传送。最近生生产的车上都都装有K线。而而L线则是用用来对控制单单元进行查询询的导线，此此线在目前生生产的车辆中中已不存在。同同

53、时，由于串串口的普及，KK线实现起来来更容易。而而逻辑电平的的改变，只需需要转换电路路。因此，本本系统采用KK线的通信方方式。由于KK线只是一根根线，PC机机与控制单元元都要向对方方发出信息，故故为半双工串串行通讯。K线通讯主要有有以下特点：1）工作电压范范围8 V18 V;2）使用环境温温度为- 440 125 ;3）与单片机CCMOS 电电平无缝连接接;4）具有对地线线短路保护;5）最大传输速速率超过500 K;6）支持大电流流;7）抗8. 00 kV 静静电保护;8）工作时电源源电压无电流流输出。9）双方采用半半双工异步串串行通讯为了保证准确、可可靠数据通信信，ECU和和K线必须都都有正

54、确的电电平，由于KK线电平和常常用的串口电电平不一致。因因此，必须设设计专门的KK线接口电路路，以满足车车辆K线诊断断的要求，常常用的MC333290与与MCU的接接口电路如下下图所示： 图图 2.155 电控控单元与K线线接口电路一般情况下，采采用上图MCC332900接口芯片对对汽车进行进进行故障诊断断。本设计借借鉴了MC333290的的接口电路，采采用TLE66258接口口芯片对汽车车进行故障诊诊断。单线收收发器TLEE6258在在协议控制器器和物理总线线之间起到接接口的作用，它它特别适合在在汽车LINN系统中驱动动总线，而且且它可以被用用在标准的IISO91441系统当中中。TlE62

55、588提供一种等等待模式，它它可以降低电电流消耗；一一个由总线信信息所引起的的唤醒状态将将使RxD引引脚输出低电电平，直到设设备转换到正正常工作模式式。TLE66258-22是专门为承承受汽车使用用时的恶劣条条件而设计的的。它具有以以下特点：1）单线收发器器，适用于LLIN协议；2）与LIN协协议1.2,1.3和22.0兼容；3）与ISO99141功能能相兼容；4）数据传送速速率可以达到到20K；5）在等待模式式下，有很低低的电流消耗耗；6）来自总线的的唤醒功能；7）对地和电源源的短路保护护；8）过温保护功功能。其进行故障诊断断的原理图如如图2.166所示： 图 22.16 故障诊断断原理电路

56、由上述可得，故故障诊断电路路如下所示： 图 2.17 故障诊断电电路4 系统的软件件设计（1） 软件开开发工具介绍绍本设计采用的是是Freesscale公公司的CoddeWarrrior软件件，CodeeWarriior Deeveloppment Studiio（开发工工作室）是完完整的用于编编程应用中硬硬件brinng-up的的集成开发环环境。 采用用CodeWWarrioor IDEE，开发人员员可以得益于于采用各种处处理器和平台台（从Mottorolaa到TI到IIntel）间间的通用功能能性。CoddeWarrrior包括括构建平台和和应用所必需需的所有主要要工具 - IDE、编编译

57、器、调试试器、编辑器器、链接器、汇汇编程序等，满满足大多数嵌嵌入式开发项项目的工具需需要。另外，CCodeWaarriorr IDE支支持开发人员员插入他们所所喜爱的工具具。它是一个个单一的开发发环境，在每每一个所支持持的平台上，性性能及使用均均是相同的。在CodeWaarriorr IDE开开发平台下进进行微处理器器的选型和相相关接口的定定义（本设计计采用HCSS12系列CCPU），经经过编译和链链接后，即可可生成项目文文件，从而进进行软件程序序的编写，最最终生成可执执行文件。然然后使用BDDM和P&EE来下载程序序，把编译好好的程序下载载到单片机里里调试运行，检检验实验结果果并进行论证证。

58、（2） 系统软软件的总体设设计思路系统程序有主程程序和子程序序。主程序显显示整个系统统的算法流程程；子程序负负责各个功能能模块的显示示和驱动。程程序的设计应应按照软件工工程的相关规规则和步骤来来实现的，采采用结构化、模模块化的程序序设计方法，对对整体功能进进行划分，确确定主从程序序的模块组成成以及这些模模块之间的联联系，明确各各个模块的功功能、处理过过程和数据流流等。本设计中软件部部分的应实现现的主要功能能有：车速、电电机转速脉冲冲信号的采集集，驾驶踏板板、制动踏板板位置和背光光调节等模拟拟信号的采集集，档位、电电机故障、门门开报警等开开关信号的采采集和处理，步步进电机驱动动，LED的的驱动显

59、示和和LCD的驱驱动显示等。所所用到的单片片机模块有：A/D转换换模块、ECCT模块、PPWM模块、模块、定定时器/计数数器模块、SSPI模块和和通信信模块等。微处理器的相关关模块和引脚脚在主程序文文件生成时，就就已经由软件件初始化了，包包含在 PEE_low_levell_initt()；中，因因此只需要将将微处理器和和一些外围驱驱动芯片的初初始化放在mmain函数数的for循循环之前进行行。对各驱动动芯片的子程程序，如里程程信息的读取取、发送和显显示；SPII发送临时里里程信息和LLCD显示信信息；SCII查询、收发发汽车的故障障信息；A/D转换，输输入输出口的的控制；总里里程信息的FFl

60、ash擦擦写程序；车车速信息的捕捕获、步进电电机的步进的的脉冲计数、CCAN通信的的定时发送以以及掉电时总总里程信息及及时存储，则则采用中断处处理程序来实实现，分别在在相应的中断断服务程序中中完成。 （3）主程序序的设计 主程序中我我们主要完成成的功能:对对单片机和外外围驱动芯片片的初始化，总总里程的读取取、发送、显显示和存储，AA/D转换，输输入口信息的的采集和输出出口的控制，SSCI查询收收发汽车故障障信息，SPPI发送相应应的临时里程程信息和LCCD所要显示示的信息等操操作。 微处理器的的初始化包括括基本初始化化（这在本设设计软件生成成主程序时已已经完成，如如定时器/计计数器、SCCI、