儀表是人和汽車的交互界面，為駕駛員提供所需的汽車運(yùn)行參數(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件。

儀表顯示的直觀與美觀使得駕駛不但是代步之必需，也成為舒適生活的一部分，而參數(shù)傳遞的準(zhǔn)確與可靠性則直接關(guān)系到汽車行駛的安全。

　　汽車儀表

　　現(xiàn)代儀表最突出的特點是功能的模塊化，通常要組裝一塊儀表，只需將幾個功能模塊在定制PCB的基礎(chǔ)上聯(lián)合起來，就可以得到一個完整的系統(tǒng)。長安等經(jīng)濟(jì)型汽車的指針儀表一般為獨立的模塊，提示/報警功能由PCB上的小燈泡完成。SANTANA系列的指針由印刷電路板上的十字線圈驅(qū)動，提示/報警燈全部是發(fā)光二極管。轎車的儀表板上顯示的主要數(shù)據(jù)、來源及對應(yīng)顯示方式如表1(根據(jù)SANTANA2000)。

顯示方式

　　可見目前的汽車儀表尚以機(jī)械式為主，通訊方式以線束為主。這種模式最大的弊病是過于依賴線束，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜。

　　隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，尚有極大潛力的汽車電子市場正日漸受到各大汽車生產(chǎn)商與電子產(chǎn)品供應(yīng)商的關(guān)注，這其中包括尚處于開發(fā)實驗階段的清潔能源汽車、目前由日本占據(jù)世界市場領(lǐng)袖地位的車載音響設(shè)備、前途無量的車載計算機(jī)信息終端設(shè)備以及形形色色的車內(nèi)電控單元，如發(fā)動機(jī)電控單元、ABS、總線、新型電子儀表等。

　　對汽車儀表而言，使用電子式儀表板較之傳統(tǒng)儀表的優(yōu)勢在于：

　　硬件功能的軟件化

　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的處理速度越來越快。一些實時性要求高，原本由硬件完成的功能，就完全可以通過對微處理器編程來實現(xiàn)。

　　系統(tǒng)集成度大大提高

　　在大規(guī)模集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的今天，集成電路的密度越來越高，體積越來越小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能也越來越強(qiáng)大。隨著儀表的部分功能硬件不斷地被軟件取代，整個系統(tǒng)的集成度也在相應(yīng)提高。

　　本設(shè)計是一個基于Freescale單片機(jī)的汽車組合儀表板。面向的是目前市場上占主流地位的傳統(tǒng)汽車，并引用長安車的儀表為模板，目的主要在于實現(xiàn)一個汽車組合電子儀表板的低端方案。

　　本方案的對象主要包括車速、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、里程、時間以及一些提示/報警燈信號。

　　車速表、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表、油壓表、水溫表(指針)

　　里程表(LCD)：定時記錄車速信號，在行車時間內(nèi)做數(shù)值積分，得到行駛公里數(shù)，作為里程保存在用戶Flash中。定時(1s)對里程數(shù)據(jù)做累加。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　由于本設(shè)計面向的是大眾化的傳統(tǒng)汽車，成本成為器件選用的最重要標(biāo)準(zhǔn)。在微控制器的選型上，我們并未考慮前途光明但目前尚未普及的CAN總線，而是選擇了自帶液晶驅(qū)動的8位微控制器LJ12。

　　MC68HC908LJ12是Freescale單片機(jī)908家族的一員，其主要參數(shù)與功能模塊如下：

　　8MHz的最大總線頻率；

　　12k用戶Flash；

　　512b RAM；

　　兩個獨立雙通道定時器模塊；

　　內(nèi)部實時時鐘，可記錄年、月、日、時、分、秒；

　　SCI與SPI通信模塊；

　　6通道10位A/D；

　　LCD模塊，可驅(qū)動27×3或26×4的筆段式液晶模塊。

　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片MC33970(圖1)是Freescale模擬家族的一員，內(nèi)含6個寄存器，由SPI寫入命令狀態(tài)字，分別是配置/校準(zhǔn)寄存器、指針?biāo)俣燃拇嫫?、指?/1位置寄存器、指針回零寄存器、歸零設(shè)置寄存器。MC33970的特點：

MC33970

　　兼容MMT認(rèn)證的兩相步進(jìn)電機(jī)；

　　指針可停留在4095個穩(wěn)定的位置；

　　最大轉(zhuǎn)角340°；

　　最大加速度4500 deg/s2；

　　最大速度400 deg/s；

　　模擬微步(指針運(yùn)動12步為1°)；

　　指針校準(zhǔn)與回零；

　　SPI控制，16位命令字；

　　內(nèi)部校準(zhǔn)時鐘；

　　睡眠模式低電流。

　　LJ12芯片內(nèi)部有豐富的硬件資源，我們做了如下配置：

　　PLL：外部晶振32.768kHz；內(nèi)部總線倍頻至4MHz；

　　SCI：用于上位機(jī)通訊，比特率9600，中斷方式；

　　SPI：時鐘1MHz，作為MC33970的控制，用兩個通用引腳作為SPI的片選信號；

　　LCD：使用26×4模式，即26前極、4背極的模式，動態(tài)驅(qū)動；因為設(shè)計中用到6位LCD模塊，所以使用FP1~FP12、BP0~BP3已經(jīng)足夠；

　　Flash：利用常駐內(nèi)存函數(shù)(ROM-Resident Routine)將里程數(shù)據(jù)以32位數(shù)據(jù)的形式保存于用戶閃存中。
選取SWITEC公司的步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行器。六位筆段式動態(tài)驅(qū)動液晶模塊，用于里程，單次里程或時間日期的顯示。出于習(xí)慣，汽車儀表需要一直保持帶電狀態(tài)，無需重置時間參數(shù)，為了方便演示，用兩個按鈕實現(xiàn)LCD顯示模式的切換。六個發(fā)光二極管分別用于顯示制動、危險、機(jī)油壓力、電瓶、發(fā)動機(jī)以及空檔信息，利用MC141 3作為發(fā)光二極管的驅(qū)動。

　　MC33970由微控制器的SPI直接驅(qū)動；車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為脈寬調(diào)制信號或來自串口輸入，通過定時器模塊的輸入捕捉功能得到其頻率，換算得數(shù)據(jù)。

　　電源及掉電保護(hù)的輸入端使用7805。為了在掉電的時候也可以及時地保存里程數(shù)據(jù)，在電源地輸入端加一個1000mF或兩個470mF的電解電容。電源斷開的時候在IRQ引腳會產(chǎn)生一個中斷信號，大電容可以維持單片機(jī)電源足夠長的時間，使得單片機(jī)可以完成外部中斷的服務(wù)程序。

　　為了改善波形，在定時器引腳外添加了調(diào)理電路。

　　本設(shè)計面向的是市場上的中低檔轎車，為了實現(xiàn)這個初衷，根據(jù)長安轎車的儀表外殼及內(nèi)部尺寸設(shè)計了儀表的PCB，并重新布局，系統(tǒng)框圖示于圖2。

系統(tǒng)框圖

　　軟件設(shè)計

　　初始化程序

　　內(nèi)部總線倍頻至4MHz；設(shè)置定時器模塊的通道為捕捉功能；SCI波特率9600，開接收中斷；SPI時鐘頻率1MHz；LCD模塊26×4模式；使能 Real Time Clock模塊；MC33970與指針初始化；從用戶Flash中讀取先前記錄的里程數(shù)據(jù)，并根據(jù)ODO/TRIP信號加以顯示。

　　中斷服務(wù)程序

　　外部中斷：斷電后短時間內(nèi)利用大電容的放電使指針回零。

　　SCI中斷：遵循一定的上位機(jī)協(xié)議，接受命令，改變LCD顯示內(nèi)容；改變車速和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。

　　RTC中斷：每秒記錄一次里程數(shù)據(jù)；根據(jù)車速信號換算里程數(shù)據(jù)。

　　主程序

　　定時讀取里程數(shù)據(jù)，并在LCD上顯示；每一次主循環(huán)結(jié)束的時候重啟WATCHDOG；當(dāng)車速或轉(zhuǎn)速信號改變之后通過指針位置的變化作出反應(yīng)。主程序流程圖示于圖3。

主程序流程圖

　　結(jié)語

　　以下是SWITEC公司的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片x15.089與MC33970的簡單比較(表2)。

x15

　　卓越的性能

　　其中響應(yīng)的實時性好是MC33970最大的優(yōu)勢。

　　緊湊的結(jié)構(gòu)

　　x15.089的工作是由微控制器的兩個的工作是由微控制器的兩個引腳控制一個步進(jìn)電機(jī)，其中一個引腳輸出方向控制信號，另一個引腳輸出脈沖。所以對應(yīng)控制每一路電機(jī)需要兩個單片機(jī)引腳，控制4路需要8個單片機(jī)的通用IO口。

　　MC33970則不同，由SPI輸入命令字，即可控制兩路步進(jìn)電機(jī)；需要4路步進(jìn)電機(jī)的時候，使用兩片MC33970，但只需增加一根片選信號。這樣總共只需要SPI模塊和兩個通用IO，從而節(jié)省了單片機(jī)的資源。

　　成本

　　表3是一個成本估計的簡表。

　　由上可以看出，在批量生產(chǎn)的情況下，作為一個全數(shù)字式系統(tǒng)，其總成本低于RMB150，大約在RMB120~140之間，具有相當(dāng)?shù)母偁幜Α?/p>

　　綜上所述該方案是一個基于Freescale微控制器的汽車電子儀表板的低端方案，面向各種經(jīng)濟(jì)型汽車，具有功能齊備、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉的特點，會有廣闊的市場前景。