詳解ADμC845的車用數(shù)字儀表設(shè)計(jì)方案

車用儀表是車輛上最重要的人機(jī)交互設(shè)備之一，主要用來向駕駛?cè)藛T提供與車輛運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的信息。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)汽車儀表必將逐步被以微處理器為核心的電子控制數(shù)字儀表所取代。

1 系統(tǒng)的工作原理和功能框圖

本文中提出用ADμC845單片機(jī)及相關(guān)傳感器器件對車用數(shù)字儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部份協(xié)調(diào)完成。硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉(zhuǎn)換以及各種數(shù)據(jù)信息的顯示等;軟件主要完成信號的處理及控制功能等。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。ADμC845單片機(jī)獲取各個傳感器的輸出信號，經(jīng)自身模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由LCD液晶屏及LED指示燈顯示輸出，當(dāng)部分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到或超過設(shè)定的峰值時。輸出告警信號。

圖1系統(tǒng)功能框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1主控模塊

本系統(tǒng)采用ADμC845作為主芯片。它是ADI公司新推出的高性能24位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。它內(nèi)部集成有兩個高分辨率的△-∑ADC、10/8通道輸入多路復(fù)用器、一個8位MCU和程序，數(shù)據(jù)閃速/電擦除存儲器。同時可提供62KB的閃速/電擦除程序存儲器，4KB閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器和2304B的數(shù)據(jù)RAM。

ADμC845可通過一個片內(nèi)鎖存環(huán)PLL產(chǎn)生一個12.58MHz的高頻時鐘，以使之運(yùn)行于32KHz外部晶振。該時鐘可通過一個從MCU核心時鐘工作頻率分離的可編程時鐘發(fā)送。片內(nèi)微控制器是一個優(yōu)化的單指令周期8052閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統(tǒng)兼容的同時。具有12.58MIPS的性能。兩個獨(dú)它的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個輸入多路復(fù)用器，一個溫度傳感器和一個可直接測量低幅度信號的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術(shù)來提供優(yōu)良的直流(DC)失調(diào)和失調(diào)漂移指標(biāo)。ADμC845同時具有串行下載和調(diào)度模式?？赏ㄟ^EA引腳提供引腳競爭模式。

本系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分就采用此單片機(jī)本身的24位乏一∑-△型ADC。它可被設(shè)置成4/5個全差分輸入通道或8/10個偽差分輸入通道。主通道有緩沖器和內(nèi)部緩沖禁止功能，輸入范圍在±20mV～±2.56mV之間分成8個擋，使用時可以任選一擋，這些通道用于直接轉(zhuǎn)換來自傳感器的信號。輔助通道用于接收輔助信號的輸入此通道無緩沖器，只有一個固定為±2.56V的輸入范圍。

2.2傳感器模塊

2.2.1溫度傳感器。本系統(tǒng)的溫度傳感器采用的是精密級鉑電阻溫度傳感器PTl000.它的線性好，溫度系數(shù)分散性小，性能穩(wěn)定。此傳感器裝在冷卻液回路中以測量冷卻液的溫度，測溫范圍為-40~+130℃。PTl000的輸出電壓經(jīng)過電壓調(diào)理電路直接接到單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬通道。當(dāng)冷卻液溫度過高時。輸出告警信號。

2.2.2霍爾傳感器。車速傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采用霍爾傳感器。當(dāng)車輪開始旋轉(zhuǎn)時，霍爾傳感器開始產(chǎn)生一連串脈沖信號，通過在單位時間對其計(jì)數(shù)計(jì)算出車輛行駛的瞬時速度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，累計(jì)脈沖信號可計(jì)算出車輛行駛的里程。由于脈沖位置的占空比在任何速度下保持恒定不變，為了改善波形，我們通過RC濾波和三級管放大的處理方法對脈沖信號進(jìn)行整形放大的。

2.2.3油量傳感器。油量信號為模擬信號，所以我們通過高精度的電容式油鼉傳感器得到脈沖信號，并經(jīng)過濾波、放大和線性化電路的處理，送人單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬通道。由于車輛運(yùn)行中的顛簸使得郵箱內(nèi)燃油的液位也在不斷的擺動，所以其調(diào)理電路中的元件參數(shù)尤為重要。合理的電路將有助于軟件中的數(shù)據(jù)處理。到轉(zhuǎn)一周的時間-由此算出運(yùn)行速度。

2.2.4機(jī)油壓力傳感器。壓力傳感器采用電子式機(jī)油壓力傳感器，它安裝在發(fā)動機(jī)的主油道上。壓力范圍為0.01~0.6Mpa。當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行時。壓力測量裝置檢測機(jī)油的壓力并將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査?，?jīng)過電壓放大和電流放大，通過信號線將放大后的電信號送入單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬通道。單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值與預(yù)設(shè)的告警電壓值進(jìn)行比較。當(dāng)?shù)陀诟婢妷簳r。輸出告警信號。

2.3顯示模塊

顯示模塊包括LED指示燈和LCD液晶顯示。液晶采用有20個外部引腳的圖形點(diǎn)陣液品顯示器LSDl2864CT。它采用8位數(shù)據(jù)總線和 5條控制線與單片機(jī)連接。如圖2所示。可顯示圖形和8x4個(16x16點(diǎn)陣)漢字。采用帶有漢字庫的液晶顯示屏。使得各項(xiàng)顯示的數(shù)據(jù)更加直觀和清晰易懂。LED顯示的內(nèi)容包括機(jī)油壓力過低、冷卻水溫度過高、燃油過少、手剎車未松、車門未關(guān)好、后備箱未關(guān)嚴(yán)、請系上安全帶等。LCD液晶顯示的內(nèi)容包括車速、里程、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、燃油量、機(jī)油壓力等等。

2.4鍵盤控制電路

鍵盤控制電路由ADμC845的P3.0～P3.5構(gòu)成。其接法如圖2所示。該鍵盤有2行4列共8個鍵。使用6個I/0作為控制線。其中采用P3.0、P3.1作為行掃描線，采用P3.2。P3.5作為列回復(fù)線來構(gòu)成矩陣鍵盤。在運(yùn)行中。為防止按鍵的連擊和抖動，當(dāng)有鍵按下時。程序并不立即進(jìn)入按鍵處理程序。只有在按鍵按下又松開的時刻才進(jìn)入程序處理。

圖2顯示及鍵盤電路

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括了系統(tǒng)主程序、鍵盤掃描子程序、中斷子程序、數(shù)據(jù)采集與A/D轉(zhuǎn)換子程序、LCD及LED指示燈顯示子程序、告警信號子程序、看門狗定時器與電源監(jiān)視器子程序等。

3.1主程序設(shè)計(jì)

主程序主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的初始化以及對各個子程序的調(diào)用，如圖3所示。系統(tǒng)初始化主要包括對液晶顯示器、顯示緩沖值、中斷及寄存器標(biāo)志值的初始化等。

3.2數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)

此子程序根據(jù)由模擬通道輸入的相應(yīng)模擬信號進(jìn)行采樣、量化并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，最后將相應(yīng)信號的數(shù)值返回主程序。

3.3中斷子程序

本系統(tǒng)的中斷源主要包括霍爾傳感器產(chǎn)生的中斷脈沖、看門狗定時器和電源監(jiān)視器等。而ADμC845的中斷系統(tǒng)可以提供1 1個中斷源，完全可以滿足本系統(tǒng)的要求。霍爾元件在每轉(zhuǎn)一圈時輸出一個低電平，積累電平的次數(shù)并結(jié)合輪胎的周長，可得出車輛行駛的里程。采用分頻器由霍爾元件得到低電平，低電平產(chǎn)生中斷并啟動計(jì)數(shù)器，在第二個低電平到來時停止計(jì)數(shù)，得到轉(zhuǎn)一周的時間，由此算出運(yùn)行速度。統(tǒng)計(jì)單位時間內(nèi)霍爾電平變化的次數(shù)?？梢缘贸霭l(fā)動機(jī)的實(shí)時轉(zhuǎn)速。