【正文】 包括能滿足24V電壓要求。系統(tǒng)內(nèi) CAN 總線結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D： 圖 CAN總線結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D 對于本設(shè)計(jì)，由于所選取的微處理器MC9S12DG128內(nèi)部集成了3個(gè)CAN模塊，故外圍只需連接CAN收發(fā)器即可。 采用了雙絞線作為總線介質(zhì)，傳輸速率可達(dá)1Mbps,總線長度=40 米。 每個(gè)報(bào)文的內(nèi)容通過標(biāo)識(shí)符，標(biāo)識(shí)符在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的。 廣播發(fā)送報(bào)文的形式，即報(bào)文可以被所有的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收。CAN 總線有很多特性： 采用了雙線差分信號。一個(gè)由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN屬于總線形式串行通信網(wǎng)絡(luò)，采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)。由于CAN 總線卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，適合工業(yè)設(shè)備內(nèi)的模塊間數(shù)據(jù)互連。本設(shè)計(jì)該模塊的電路圖如下所示： 圖 LCD驅(qū)動(dòng)顯示電路（7） CAN通信模塊的電路設(shè)計(jì) CAN——Controller Area Network ——是20 世紀(jì)BOSCH 公司開發(fā)的解決現(xiàn)代汽車眾多的控制單元、測試儀器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，是一種支持分布、實(shí)時(shí)控制的串行通信總線網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)是無破壞性仲裁機(jī)制，使得總線能以最高優(yōu)先權(quán)訪問報(bào)文而沒有任何延時(shí)。串行通信技術(shù)（SPI）的合理應(yīng)用可以降低部件（整車）線束復(fù)雜度，提高可靠性和工藝性。此方案，對于液晶生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)和工藝有一定的促進(jìn)。同時(shí)，HT1621B的軟件配置特性、可以配置成1/2或1/3的LCD驅(qū)動(dòng)器偏壓和和4個(gè)公共端口，這使它適用于多種LCD應(yīng)用場合，包括LCD模塊和顯示子系統(tǒng)。HT1621B是32x 4點(diǎn)、內(nèi)存映像和多功能的LCD驅(qū)動(dòng)器。由于顯示的信息量較少，故采用較小的LCD點(diǎn)陣式顯示屏（如要顯示其他的信息，可適當(dāng)增加點(diǎn)陣式LCD的行、列數(shù)）。液晶因其低壓微功耗、顯示的信息量大、為被動(dòng)顯示型、易于彩色化等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用作一種顯示工具。液晶是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。在CLK的上升沿，一位數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部16位移位寄存器中，CLK最高頻率可達(dá)10MHZ，在輸入時(shí)鐘的每個(gè)上升沿均有一位數(shù)據(jù)由DIN端移入到內(nèi)部寄存器中；LOAD用來裝載數(shù)據(jù)，在LOAD的上升沿，16位串行數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中，LOAD必須在第16個(gè)時(shí)鐘上升沿的同時(shí)或之后，在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。其工作原理如下圖所示：SEGASEGG和DP分別為LED七段驅(qū)動(dòng)器線和小數(shù)點(diǎn)線，供給顯示器源電流；DIG0DIG7為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線，輸出位選信號。本設(shè)計(jì)采用MAX7219/7221 LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)擬采用8位8段LED數(shù)碼管來顯示汽車行駛時(shí)的總里程和臨時(shí)里程信息。（5） LED驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì) LED因其體積小、耗電量低、使用壽命長、亮度高、熱量低和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。從而可使信號的輸入端和輸出端進(jìn)行濾波，防止外部干擾，保證信號能準(zhǔn)確穩(wěn)定的傳輸。為此，可以推薦采用兩點(diǎn)技術(shù)： 第一：在信號的輸入端增加了防抖技術(shù)。它具有如下優(yōu)勢：精密微步技術(shù)、旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)精確、低功耗、寬工作電壓、動(dòng)靜扭力強(qiáng)勁、降噪抗震性能好和較好的環(huán)境適應(yīng)性。每一個(gè)微步的步距角為15度，繞組的電流波形為一正弦階梯波。其特點(diǎn)有：以微步驅(qū)動(dòng)；簡單易用，每個(gè)電機(jī)只需速度F(scx)和方向（CW/CCW）兩個(gè)控制端；所有輸入腳都有干擾過濾器；款工作電壓；低電磁干擾輻射。在驅(qū)動(dòng)芯片的頻率控制端輸入脈沖序列F(scx)，輸出端可以控制步進(jìn)電機(jī)的輸出軸以微步轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)脈沖對應(yīng)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)1/12度，最大角速度可達(dá)600度/s。本設(shè)計(jì)采用偉力驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司的VID6606步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和汽車儀表用步進(jìn)電機(jī)VID2905。該模塊以儀表指針的形式動(dòng)態(tài)地向駕駛員提供車輛運(yùn)行時(shí)的兩個(gè)重要參數(shù)：車速和電機(jī)轉(zhuǎn)速，使信息的顯示更加直觀、具體。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。脈沖的個(gè)數(shù)決定了轉(zhuǎn)角的大小，而脈沖的頻率決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（4）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器，步進(jìn)電機(jī)的工作原理是建立在被勵(lì)磁的定子電磁鐵吸引可選轉(zhuǎn)的銜鐵產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)，即靠磁鐵引力作用把電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移f211。： 圖 車速、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號調(diào)理電路由圖可知，當(dāng)車速、電機(jī)轉(zhuǎn)速的輸入信號為低電平時(shí)，D2D30兩個(gè)二極管導(dǎo)通，則單片機(jī)接收到的為低電平；當(dāng)車速、電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入信號為12V高電平時(shí)，此時(shí)D2D30兩個(gè)二級管截止，此時(shí)單片機(jī)接收到的電平信號為電阻R2R26上的分壓，即：V=Vin * R23/(R21+R22+R23)=12V * 47/(10+60+47)=為高電平，從而將車速及電機(jī)轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能識(shí)別的邏輯電平信號。來自傳感器的脈沖信號輸入到單片機(jī)定時(shí)器模塊的管腳，使用輸入捕捉功能，為改善波形，在輸入捕捉管腳外增加處理電路。多以非接觸方式獲取。本設(shè)計(jì)擬采用MC34064電壓監(jiān)控芯片，該芯片的功能是：系統(tǒng)正常工作期間，當(dāng)電源電壓突然由高電壓下降到足夠低的電壓時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號，將此復(fù)位信號作為外部中斷信號接入單片機(jī)引腳，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷引腳產(chǎn)生中斷，進(jìn)行轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序進(jìn)行相關(guān)的處理。為此，電源的輸入端必須接入較大容量的電容，可以使用一個(gè)1000uF的電解電容，也可以使用兩個(gè)470uF的電解電容。為了防止系統(tǒng)在正常工作時(shí)，由于電源和其他故障而導(dǎo)致電路突然斷電，使得系統(tǒng)來不及保存相關(guān)的數(shù)據(jù)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。此外，為了降低輸出電壓的紋波和EMI噪聲，電路也可附加相關(guān)的處理模塊，進(jìn)行濾波和抗干擾處理。本設(shè)計(jì)中，選用的電源轉(zhuǎn)換芯片為LM2940，《=VIN《=26V，輸出電壓的精度較高，誤差在5%以內(nèi)，穩(wěn)定性好。12V主要用來為一般的各種信號指示燈和報(bào)警燈以及背光燈提供電源，5V電源主要對微處理器及一些外圍電路和功能芯片（如LED數(shù)碼管顯示、LCD液晶顯示、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片等）供電。 （2）電源電路和掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電源來自汽車上的電瓶，而汽車電瓶的電壓是+12V。本設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，屬于新型產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用，因此對于汽車上相關(guān)信息的采集以及控制等性能要求較高，故擬采用Freescale公司的16位微處理器MC9S12DG128。目前，在ECU中，所采用的微處理器多數(shù)是8位和16位的，只有極少數(shù)采用32 位的。7）系統(tǒng)還要求有對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，預(yù)留故障診斷接口對汽車的故障進(jìn)行診斷處理：8）系統(tǒng)要具有一定程度的抗干擾能力，因此在對系統(tǒng)的軟件和硬件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮；9）系統(tǒng)要有良好的兼容性，標(biāo)定和檢測要方便。電源掉電和上電時(shí)，表頭指針可以復(fù)位回零；5）系統(tǒng)電源由車載蓄電池提供12V電源；6）根據(jù)車內(nèi)照明情況，進(jìn)行儀表背光調(diào)節(jié)。其中，累計(jì)總里程具有記憶功能，臨時(shí)里程可以被隨時(shí)清零。 該設(shè)計(jì)以Freescale公司的16位微控制器MC9S12DG128微主控制器，通過各種傳感器對電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、制動(dòng)踏板和加速踏板位置信號等進(jìn)行測量，通過相關(guān)的信號處理電路將脈沖信號、模擬信號和開關(guān)量信號送入MC9S12DG128中進(jìn)行計(jì)算和處理，輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、LED和LCD，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的實(shí)時(shí)顯示。因而，汽車儀表系統(tǒng)由各種信號采集模塊、處理與控制模塊、驅(qū)動(dòng)電路、顯示模塊和電源模塊組成()。 二 控制電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 組合儀表的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 汽車組合儀表通常由以下幾部分組成：車速表、里程表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、油量表、照明系統(tǒng)、報(bào)警指示系統(tǒng)等。目前，市場上雖有一部分電動(dòng)汽車上市，但還需要市場和時(shí)間的檢驗(yàn)。我國汽車儀表的發(fā)展隨汽車工業(yè)一道，自50年代創(chuàng)業(yè)起步。第二種形式是所有汽車儀表機(jī)芯統(tǒng)一成一種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)，所有的傳感信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后，由中央處理器CPU運(yùn)算處理后發(fā)布指令，使各步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)儀表指示功能，由于該過程是全數(shù)字化的，因而它不僅指示精度高，加上合適的軟件還能實(shí)現(xiàn)自診斷功能。目前汽車儀表正在經(jīng)歷第3代向第4代轉(zhuǎn)型時(shí)期。3 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外的電動(dòng)汽車的發(fā)展歷史較長，從1834年首輛電動(dòng)汽車誕生到1900年美國汽車市場上電動(dòng)汽車、內(nèi)燃機(jī)汽車和蒸汽機(jī)車的三分天下，國外的電動(dòng)汽車有過大規(guī)模的生產(chǎn)和銷售歷史，組合儀表和相關(guān)的控制電路設(shè)計(jì)也較成熟。該設(shè)計(jì)將是汽車儀表的一個(gè)發(fā)展階段，也是未來汽車儀表走向全數(shù)字化的一個(gè)準(zhǔn)備階段。對于可能發(fā)生的故障和不利情況，采用CAN通信技術(shù)進(jìn)行相關(guān)模塊的信息交換共享，通過微處理器對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，并進(jìn)行相應(yīng)的處理；預(yù)留故障診斷接口，以便對汽車的可能故障實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測，以確保駕駛過程的安全性和舒適性。 同時(shí)，現(xiàn)在汽車的故障診斷、實(shí)時(shí)通信、導(dǎo)航和定位等大量復(fù)雜信息服務(wù)開始應(yīng)用于汽車上，各個(gè)系統(tǒng)之間工作的協(xié)調(diào)性、可靠性以及抗干擾性，也需要汽車能夠及時(shí)、高效、合理的處理好相關(guān)的信息，因而控制電路的正確合理設(shè)計(jì)對汽車儀表的功能發(fā)揮和未來發(fā)展有著重要作用。其次，將磁感應(yīng)指示模塊變成數(shù)字顯示形式，里程累計(jì)由蝸桿傳動(dòng)變成由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)或直接數(shù)字化顯示。由于空間及其他因素的限制，傳統(tǒng)的機(jī)電式模擬儀表只能給駕駛員提供必要的而又少量的信息，現(xiàn)代汽車儀表則要求所顯示的內(nèi)容和信息的種類越來越多、精度和可靠性也越來越高，因而汽車儀表的電子化和數(shù)字化成為必然的發(fā)展趨勢。 一般傳統(tǒng)的汽車組合儀表有：車速里程表、轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、以及相關(guān)的報(bào)警和指示儀表。作為現(xiàn)代汽車的關(guān)鍵零部件之一，汽車儀表反映了汽車行駛工況的相關(guān)內(nèi)外部信息，有利于保障汽車的行駛安全性和舒適性。一 引 言1 課題背景伴隨汽車工業(yè)的日益發(fā)展，能源危機(jī)日益加劇，同時(shí)也帶來相關(guān)的環(huán)境問題。但是，作為新型汽車上的組合儀表系統(tǒng)，該