作者：高振成，莊坤領，吳中明

車用儀表是車輛上最重要的人機交互設備之一，主要用來向駕駛人員提供與車輛運行狀態有關的信息。隨著電子技術的廣泛應用，傳統汽車儀表必將逐步被以微處理器為核心的電子控制數字儀表所取代。

1 系統的工作原理和功能框圖

本文中提出用ADμC845單片機及相關傳感器器件對車用數字儀表系統進行設計。

本系統功能由硬件和軟件兩大部份協調完成。硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉換以及各種數據信息的顯示等；軟件主要完成信號的處理及控制功能等。系統功能框圖如圖1所示。ADμC845單片機獲取各個傳感器的輸出信號，經自身模數轉換器轉換。轉換后的數據由LCD液晶屏及LED指示燈顯示輸出，當部分數據達到或超過設定的峰值時。輸出告警信號。

圖1系統功能框圖

2 硬件設計

2．1主控模塊

本系統采用ADμC845作為主芯片．它是ADI公司新推出的高性能24位數據采集與處理系統．它內部集成有兩個高分辨率的△-∑ADC、10/8通道輸入多路復用器、一個8位MCU和程序，數據閃速/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/電擦除數據存儲器和2304B的數據RAM。

ADμC845可通過一個片內鎖存環PLL產生一個12.58MHz的高頻時鐘，以使之運行于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送。片內微控制器是一個優化的單指令周期8052閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統兼容的同時。具有12．58MIPS的性能。兩個獨它的ADC（主ADC和輔助ADC）由一個輸入多路復用器，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”技術來提供優良的直流（DC）失調和失調漂移指標。ADμC845同時具有串行下載和調度模式．可通過EA引腳提供引腳競爭模式。

本系統的模數轉換部分就采用此單片機本身的24位乏一∑-△型ADC。它可被設置成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，溫度系數分散性小，性能穩定。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的輸出電壓經過電壓調理電路直接接到單片機的模數轉換的模擬通道。當冷卻液溫度過高時。輸出告警信號。

2．2．2霍爾傳感器。車速傳感器和發動機轉速傳感器采用霍爾傳感器。當車輪開始旋轉時，霍爾傳感器開始產生一連串脈沖信號，通過在單位時間對其計數計算出車輛行駛的瞬時速度和發動機轉速，累計脈沖信號可計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，并經過濾波、放大和線性化電路的處理，送人單片機模數轉換的模擬通道。由于車輛運行中的顛簸使得郵箱內燃油的液位也在不斷的擺動，所以其調理電路中的元件參數尤為重要。合理的電路將有助于軟件中的數據處理。到轉一周的時間-由此算出運行速度。

2．2．4機油壓力傳感器。壓力傳感器采用電子式機油壓力傳感器，它安裝在發動機的主油道上．壓力范圍為0.01~0.6Mpa。當發動機運行時。壓力測量裝置檢測機油的壓力并將壓力信號轉變為電信號送，經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模數轉換的模擬通道。單片機將轉換后的數值與預設的告警電壓值進行比較。當低于告警電壓時．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陣液品顯示器LSDl2864CT。它采用8位數據總線和5條控制線與單片機連接．如圖2所示。可顯示圖形和8x4個（16x16點陣）漢字。采用帶有漢字庫的液晶顯示屏．使得各項顯示的數據更加直觀和清晰易懂。LED顯示的內容包括機油壓力過低、冷卻水溫度過高、燃油過少、手剎車未松、車門未關好、后備箱未關嚴、請系上安全帶等。LCD液晶顯示的內容包括車速、里程、發動機轉速、冷卻液溫度、燃油量、機油壓力等等。

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作為列回復線來構成矩陣鍵盤。在運行中．為防止按鍵的連擊和抖動，當有鍵按下時。程序并不立即進入按鍵處理程序。只有在按鍵按下又松開的時刻才進入程序處理。

圖2顯示及鍵盤電路

3 軟件設計

本系統的軟件設計包括了系統主程序、鍵盤掃描子程序、中斷子程序、數據采集與A/D轉換子程序、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視器子程序等。

3．1主程序設計

主程序主要實現對系統的初始化以及對各個子程序的調用，如圖3所示。系統初始化主要包括對液晶顯示器、顯示緩沖值、中斷及寄存器標志值的初始化等。

3．2數據采集及轉換子程序設計

此子程序根據由模擬通道輸入的相應模擬信號進行采樣、量化并進行相應的運算處理，最后將相應信號的數值返回主程序。

3．3中斷子程序

本系統的中斷源主要包括霍爾傳感器產生的中斷脈沖、看門狗定時器和電源監視器等。而ADμC845的中斷系統可以提供1 1個中斷源，完全可以滿足本系統的要求。霍爾元件在每轉一圈時輸出一個低電平，積累電平的次數并結合輪胎的周長，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，低電平產生中斷并啟動計數器，在第二個低電平到來時停止計數，得到轉一周的時間，由此算出運行速度。統計單位時間內霍爾電平變化的次數．可以得出發動機的實時轉速。

圖3主程序流程圖

3．4顯示及告警子程序

顯示子程序根據鍵盤掃描結果提取顯示緩沖值，然后完成數值、符號在液晶屏及LED燈上的顯示輸出。

當發生冷卻液溫度過高、油量不足設定值或是機油壓力不夠等異常情況時．告警子程序點亮相應的指示燈并使音頻裝置產生不同頻率的告警信號以引起使用者的注意。

4 抗干擾設計

ADμC845單片機具有很好的抗電磁干擾性能．但為保證系統穩定、可靠的運行．本次設計仍采用了硬件電路設計和軟件的看門狗程序設計相結合的抗干擾措施。

硬件電路設計主要包括以下部分：系統電源由車載電瓶電源經過變壓、穩壓、濾波后得到．并加入限流電阻和穩壓管，以防止高壓及反相輸入：為了在掉電的時候可以及時地保存里程數據．在電源地輸入端加一個1000F的電解電容：采用一點連接，以減少數字和模擬電路電源之間的干擾，特別是數字電路對模擬電路的干擾；采用光電隔離器，將單片機系統和各種傳感器、開關從電氣上隔離開來。

軟件抗干擾是指對ADμC845的看門狗定時器（WDT）和電源監視器（PSMI）的軟件編程。在使能看門狗后。如果在預定的時間內沒有進行“喂狗”操作，即對WDCON中的WDE位置1，看門狗將使系統服務復位或產生中斷；當數字電源或模擬電源低落到一定的值時產生PSMI中斷，由CMPA和CMPD的低電平指明是數字電源還是模擬電源低落。如果CMPA和CMPD回到高電平．在保持高電平250ms之后清除PSMI。

5 結束語

本文創新點：利用新型的、抗干擾性能突出的ADμC845單片機和傳感器以及液晶顯示屏對車用數字儀表系統進行了設計。寬屏的液晶顯示器使本系統的顯示功能更加的強大。同時，新型的ADμC845單片機．也為下一步在此基礎上開發綜合信息系統，擴充顯示和控制信息種類，拓開了更加廣闊的空間。

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