基于CDC3207G的汽車儀表板設(shè)計(jì)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，多功能、高精度、高靈敏度、讀數(shù)直觀的電子數(shù)字顯示及圖像顯示的儀表已廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。為了提高汽車的使用性能，汽車的電子控制程度越來越高。電子控制裝置必須能迅速、準(zhǔn)確處理各種復(fù)雜的信息，并通過汽車儀表板以數(shù)字、圖形或文字等形式顯示。這就對控制汽車儀表板的微控制器提出了更高的要求。
德國Micronas公司開發(fā)的CDC3207G是一款32位ARM內(nèi)核高性能低功耗的微控制器。這是專門針對汽車儀表板而設(shè)計(jì)的微控制器。目前已經(jīng)應(yīng)用于德國大眾，中國東風(fēng)等中高檔汽車。CDC3207G采用ARM7TDMI內(nèi)核，內(nèi)部具有512 K Flash以及32 K SRAM，為了滿足汽車儀表設(shè)計(jì)的需要，該微控制器還提供16路10位A／D轉(zhuǎn)換模塊、音頻驅(qū)動模塊、液晶顯示驅(qū)動模塊、7路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊等。而且內(nèi)部集成了CAN通信模塊，可以很方便地與車內(nèi)的其他電子裝置進(jìn)行通信。
2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 硬件總體結(jié)構(gòu)圖
整個儀表板使用一個CDC3207G微控制器進(jìn)行控制。輸入信號可以分為數(shù)字開關(guān)信號和模擬電壓信號兩種類型。對數(shù)字開關(guān)信號，可以根據(jù)其高低電平直接讀取其狀態(tài)。而對模擬信號，如轉(zhuǎn)速，速度等，用微控制器內(nèi)部的lO位精度A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。設(shè)計(jì)的儀表板用6個步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動6個指針，分別用來顯示轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)溫度、油量、速度、油壓和電池電壓。左右轉(zhuǎn)向時發(fā)出的提示音和故障報(bào)警聲等可以用音頻輸出驅(qū)動一個揚(yáng)聲器來發(fā)出，除了可以產(chǎn)生簡單的單音警報(bào)外，還可產(chǎn)生振幅逐漸衰減的鑼聲信號。在LCD上可以顯示當(dāng)前的檔位、車內(nèi)外的溫度以及一些報(bào)警信息和時間等。LED指示燈可以用微控制器的H端口直接驅(qū)動。CAN總線可以與車內(nèi)的其他控制模塊通信。圖1給出儀表板的結(jié)構(gòu)示意圖。
2．2 步進(jìn)電機(jī)模塊
步進(jìn)電機(jī)在汽車儀表領(lǐng)域的應(yīng)用是新一代汽車儀表最顯著的特點(diǎn)?？刂破鰿DC3207G內(nèi)部集成了7個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊，每個步進(jìn)電機(jī)模塊通過控制器內(nèi)部連接了H橋的4個高電流輸出端口，直接驅(qū)動兩相步進(jìn)電機(jī)，大大簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)。通過軟件便可產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)定位需要的各種脈沖。CDC3207G微控制器的步進(jìn)電機(jī)模塊可提供多通道的PWM輸出，輸出信號頻率通過硬件設(shè)置可以選擇，并且不同步進(jìn)電機(jī)模塊輸出信號時序上具有偏移，可以提高電磁兼容性能(EMC)。根據(jù)控制兩相步進(jìn)電機(jī)的需要，CDC3207G內(nèi)部提供了3個8位的寄存器，用于通過軟件產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)需要的脈沖信號。其中2個寄存器通過每一模塊中的比較器與模塊計(jì)時器比較，用于產(chǎn)生驅(qū)動電機(jī)的PWM信號，另外一個寄存器用來選中相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)模塊，輸出驅(qū)動信號，以及選擇4個輸出引腳的極性。這樣，通過軟件對3個寄存器的操作就能方便地控制每一路步進(jìn)電機(jī)。此外，CDC3207G還具有零位檢測功能，即檢測電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電流，得到電機(jī)運(yùn)行的位置信息，就可以據(jù)此判斷電機(jī)是否達(dá)到初始位置(即汽車儀表的零位)。圖2給出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。
2．3 音頻控制模塊
CDC3207G音頻模塊的輸出信號可以直接驅(qū)動蜂鳴器或其他音頻設(shè)備，硬件設(shè)計(jì)比較簡單。圖3給出音頻模塊驅(qū)動電路。從圖中可知，在微控制器音頻模塊的輸出端口U1．4處直接接人三極管VT5、低通濾波器電路和揚(yáng)聲器，即可實(shí)現(xiàn)整個音頻電路的設(shè)計(jì)。音頻模塊用于由脈寬調(diào)制單元(PWM)、3個計(jì)數(shù)器和1個累加器組成。該模塊能產(chǎn)生類似于鑼聲的聲音信號，是頻率可調(diào)的方波信號，輸出信號的脈寬由方波信號的脈寬決定，無需CPU就能實(shí)現(xiàn)信號振幅的指數(shù)變化。
2．4 LCD顯示模塊
液晶顯示器(LCD)具有微功耗、平板化、無x射線和電磁輻射等優(yōu)點(diǎn)。LCD顯示模塊能以數(shù)字和圖像準(zhǔn)確顯示出各個物理量，并增加了一些發(fā)生故障時的文字提示。CDC3207G內(nèi)部集成了一個48x4的筆段式LCD驅(qū)動模塊，可以驅(qū)動4行、48列的LCD顯示模塊。為了能顯示更多的信息，這里選用的是一款128x 64的LCD模塊，在此LCD模塊上集成有驅(qū)動器，所以沒有用到CDC3207內(nèi)部的LCD驅(qū)動器。圖4給出LCD顯示電路，需要連接8根數(shù)據(jù)線，一根讀信號，一根寫信號，一根復(fù)位信號線。
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