【正文】 機(jī)系統(tǒng)工作內(nèi)容的一部分。以上在基于當(dāng)今成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)未來(lái)汽車(chē)儀表的發(fā)展方向做些簡(jiǎn)單設(shè)想。 在當(dāng)今世界范圍內(nèi)，汽車(chē)儀表正處于技術(shù)更新的轉(zhuǎn)型期。什么 樣的儀表是今后汽車(chē)儀表的主流產(chǎn)品，什么技術(shù)是今后汽車(chē)儀表的主導(dǎo)技術(shù)，對(duì)于這些問(wèn)題業(yè)內(nèi)人士的看法可能不盡相同，但有一點(diǎn)是肯定的，帶有基于單片機(jī)的數(shù)字技術(shù)在汽車(chē)儀表上的廣泛應(yīng)用，將是汽車(chē)表發(fā)展的必然。這對(duì)于量大且對(duì)成本極為敏感的汽車(chē)儀表有特殊意義，因?yàn)檐浖拈_(kāi)發(fā)費(fèi)用分?jǐn)偟矫總€(gè)儀表上是非常少的。 3 產(chǎn)品的“柔性”更好，即在推出新款產(chǎn)品時(shí) ，能最大限度地利用以前產(chǎn)品的硬、軟件設(shè)計(jì)成果，僅做少量修改便可，這在產(chǎn)品更新?lián)Q代很快的今天和未來(lái)特別重要。 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C205 為核心，由液晶顯示、 WATCHDOG 及復(fù)位電路等部分組成。該芯片不僅具 MCS51 系列單片機(jī)的所有特性，而且片內(nèi)集成 2K 字節(jié)的電擦除閃爍存儲(chǔ)器 Flash EPROM 。它為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活的有效的解決方案。顯示驅(qū)動(dòng)電路為簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，減少使用系統(tǒng) I/O 口，節(jié)約系統(tǒng)硬件資源的基礎(chǔ)上，顯示部分由驅(qū)動(dòng)器 LM1819 驅(qū)動(dòng)雙線圈汽車(chē)轉(zhuǎn)速表頭顯示轉(zhuǎn)速，通過(guò)單片機(jī)編程液晶顯示模塊LCM1010 顯示累計(jì)里程和本次里程 . 轉(zhuǎn)速里程表的 介紹 單片機(jī)自從推出以來(lái)，以其超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)被人們廣泛接受，從而應(yīng)用于工業(yè)、電訊、數(shù)據(jù)處理、儀器儀表等多方面。這里講述的是一種以 2051單片機(jī)為核心， 10 位 LCD 作為顯示器，再加上其掉電信息不丟失，并且數(shù)據(jù)可方便改寫(xiě)，利用此特性在其中存放汽車(chē)總里程數(shù)據(jù) . 轉(zhuǎn)速里程表的工作原理 1 里程計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)原理 1 霍爾傳感器輸出的脈沖信號(hào)是傳感器轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)磁場(chǎng)使舌簧管分開(kāi)閉合而產(chǎn)生的脈沖。設(shè)輪胎外徑為 D，則汽車(chē)行駛 1km 驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)數(shù)為 N 1 000/ ∏ d，實(shí)際中由于輪胎承載變形使得輪胎外徑 D 變化，此時(shí) NXI 1 000/ πμ D，其中μ為變形系數(shù)，一般為 ～ 0。 2 序中以 INT1 的輸入為里程計(jì)數(shù)脈沖， 2051 斷 1 置為高中斷優(yōu)先級(jí)以保證計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。每行駛 1km 向 5045 中寫(xiě) 1 次數(shù)據(jù)。 68H、 69H,6CH 中為本次里程小數(shù)點(diǎn)位數(shù)值。 70～ 72H 單元為讀出的總里程數(shù)。轉(zhuǎn)軸是表芯唯一的可動(dòng)部件 ,磁鐵的轉(zhuǎn)角總是趨向于兩個(gè)線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量的合成方向 ,磁場(chǎng)強(qiáng)度正比于加 在線圈上的電壓 ,因此 ,通過(guò)改變電壓的極性和幅度 ,可在理論上使轉(zhuǎn)軸組件在 0～ 360 度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。 每個(gè)線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量之和必須跟隨偏轉(zhuǎn)角θ。 圖 LM1819 內(nèi)部組成原理圖 圖 1 所示是 LM1819 驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部組成原理框圖 ,它由電荷泵、整形器、函數(shù)發(fā)生器等組成 ,輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)內(nèi)部的三極管緩沖后 ,輸入到電荷泵即可進(jìn)行 F/V 頻率電壓轉(zhuǎn)換 ,兩個(gè)輸出端按輸入量的正弦和余弦函數(shù)變化 ,2 腳和 12腳的最小驅(qū)動(dòng)能力為177。 4V ,線圈的公共端接到 1 腳可為內(nèi)部函數(shù)發(fā)生器提供反饋信號(hào) ,同時(shí)為 齊納二極管提供參考電壓。 /V ,輸入 Vin 實(shí)際上是 4 腳和 8 腳的電位差 ,8 腳既是諾頓放大器的輸出 ,又是函數(shù)發(fā)生器的輸入 ,一般 4 腳的電壓是 ,所以有 : θ K V8 Vref 54 V8 2. 1 由于 V8是在 ～ ,故 LM1819可以驅(qū)動(dòng)十字表頭以使其在 0176。范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。 時(shí)速表顯示以 , ,示汽車(chē)時(shí)速 .此時(shí)速表可顯示到小數(shù)點(diǎn)后 2位 ,精度較傳統(tǒng)汽車(chē)時(shí)速表提高 2個(gè)數(shù)量級(jí)。 1 單片機(jī) 單片機(jī)采用美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C2051 單片機(jī)。其價(jià)格低 ,引腳少 20 腳 ,是目前性能價(jià)格比較高的單片機(jī)芯片之一。 AT89C2051 的工作頻率為 12/24 MHz ,本系統(tǒng)利用單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器外加石英晶體構(gòu)成時(shí)鐘源 ,為了工作可靠 ,晶體振蕩頻率選為 12 MHz。里程顯示選用 LCM1010 串行控制業(yè)經(jīng)顯示模塊，它具有以下獨(dú)特特點(diǎn)： 1 它只有 3 個(gè)輸入端 : CS、 LOAD、 CLK,接線簡(jiǎn)單 , 工作可靠。符合人的視覺(jué)習(xí)慣 ，不容易引起疲勞，而且外界光亮度越強(qiáng)，其顯示內(nèi)容越清晰。 3 低電壓功耗 : 極低的工作電壓 , 只有 3～ 5V, 工作電流則只有幾個(gè)μA/ cm 2，可以和大規(guī)模集成電路直接匹配。 本顯示器分為兩組 : 第一組為 6 位，用以顯示總行駛里程數(shù)，最大顯示值為 : 999999 km；第二組為 4 位，用以顯示本次行駛里程數(shù)，最大顯示值為 : 999． 9 km 3 WATCHDOG 及復(fù)位電路 本電路直接選用 Xicor 公司的 X25045 芯片。另外 X25045 與 CPU 的連接方式也是采用模擬串行外設(shè)接口 SPI ,因此也節(jié)約了系統(tǒng)的口資源。在工作時(shí) , 假定工作軟件循環(huán)周期為 T ,如果設(shè)定定時(shí)器定時(shí)長(zhǎng)度為 T1 T1 T , 這樣CPU 在每個(gè)工作循環(huán)周期都對(duì) 定時(shí)器進(jìn)行一次清零操作 ,只要系統(tǒng)正常工作 , 定時(shí)器永遠(yuǎn)都不會(huì)溢出 , 也就不會(huì)使系統(tǒng)復(fù)位 。 X25045 片還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是它內(nèi)部的閃爍存儲(chǔ)器 2 KX8 位的 EEPROM，它采用 Xicor公司 Direct WriteT 專(zhuān)利技術(shù) , 提供不少于 100 000 次的使用年限和最小 100 年的數(shù)據(jù)保存期 , 在本系統(tǒng)中 ,用于存儲(chǔ)汽車(chē)行駛的總里程數(shù)。單 片機(jī)的供應(yīng)狀態(tài)決定于片內(nèi)的 ROM 配置狀態(tài)，片內(nèi) ROM 狀態(tài)通常分三種： 1 片內(nèi) ROM 狀態(tài)既單片機(jī)內(nèi)帶有的是掩腌 ROM。此時(shí)，用戶(hù)將調(diào)試好的應(yīng)用程序有廠家固化到片內(nèi) ROM 中，當(dāng)然，前提是片內(nèi)的 ROM 容量必須滿(mǎn)足用戶(hù)程序的要求。當(dāng)用戶(hù)開(kāi)發(fā)程序不大時(shí)（既不需要外擴(kuò) EPROM），使用這種單片機(jī)可以簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的組成。此類(lèi)單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛。其容量可視需要靈活配置。 功能框圖 輔助芯片的選取 微機(jī)控制系統(tǒng)干擾、電源的波動(dòng)引起的程序飛車(chē)和數(shù)據(jù)丟失 , 常造成系統(tǒng)的各種誤動(dòng)作或死機(jī) , 直接影響著系統(tǒng)的正常運(yùn)行 , 設(shè)計(jì)人員為此倍感頭痛。正常工作時(shí)，編號(hào)數(shù)據(jù)不會(huì)掉電丟失，而且必要時(shí)編號(hào)還可修改。 X25045 是帶有串行 E2PROM 的 CPU 監(jiān)控器。 X25045 的狀態(tài)寄存器描述器件的當(dāng)前狀態(tài)，各位意義如表 1 所列。電復(fù)位時(shí)，各位都被清零。在對(duì) X25045 通電時(shí)， ERSET 引腳輸出有效的復(fù)位信號(hào)，并保持至少 200ms，使 CPU 有效復(fù)位。當(dāng)檢測(cè)到電源電壓低于內(nèi)部門(mén)檻電壓 VTRIP 時(shí)， RESET輸出復(fù)位信號(hào)，直至電源電壓高于 VTRIP 并保持至少 200ms，復(fù)位信號(hào)才被撤消。對(duì)于需要電源電壓精確監(jiān)控的應(yīng)用，用戶(hù)可以搭建編程電路，對(duì)芯片內(nèi) VTRIP 電壓進(jìn)行微調(diào)。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的 WD WD0 是看門(mén)狗定時(shí)設(shè)置位，通過(guò)狀態(tài)寄存器寫(xiě)指令 WRSR 修改這 2 個(gè)標(biāo)志位，就能在 3 種定時(shí)間隔中進(jìn)行選擇或關(guān)閉定時(shí)器。表 2 是 WDWD0 組合的含義。 表 4 命令名稱(chēng) 命令格式 內(nèi) ? 容 WREN 0000 0110 打 開(kāi) 寫(xiě)使 能開(kāi) 關(guān) WRDI 0000 0100 關(guān)閉寫(xiě)使能開(kāi)關(guān) RDSR 0000 0101 讀狀態(tài)寄存器 WRSR 0000 0001 寫(xiě)狀態(tài)寄存器 READ 0000 A8011 讀存儲(chǔ)單元 WRITE 0000 A8010 寫(xiě)存儲(chǔ)單元 （ 2） RDSR 和 WRSR 是狀態(tài)寄存器的讀 /寫(xiě)指令。 （ 3） READ 和 WEITE 是存儲(chǔ)單元的讀 /寫(xiě)指令。其中，讀指針和寫(xiě)指針的工作方式完全不同，讀指針的全部 8 位用來(lái)計(jì)數(shù)，0FFH 溢出后變成 00H；寫(xiě)指針只用最低兩位計(jì)數(shù)， XXXXXX11B 溢出后變成 XXXX XX00B，所以連續(xù)寫(xiě)的實(shí)際結(jié)果是在 4 個(gè)單元中反復(fù)寫(xiě)入。 AT89C2051 內(nèi)部沒(méi)有 SPI 接口硬件，因此本系統(tǒng)利用了單片機(jī)的 4 根口線和軟件模擬讀寫(xiě)時(shí)序的方式與 X25045 通信。 動(dòng)磁式指示儀表 ,它克服了一般動(dòng)圈式指示儀表抗震性能差、過(guò)載能力弱、指針易抖動(dòng)等缺點(diǎn)。我們采用 LM1819 專(zhuān)用集成芯片 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司新產(chǎn)品 ,配以適當(dāng)?shù)膽?yīng)用電路 ,就可以很好地解決以上問(wèn)題。我們選用動(dòng)磁式十字交叉機(jī)芯 ,實(shí)現(xiàn)瞬間里程指示功能。 2 無(wú)需動(dòng)平衡、裝配簡(jiǎn)單 。 專(zhuān)用集成電路簡(jiǎn)介 為了使指針準(zhǔn)確地指示出瞬時(shí)車(chē)速 ,需要一套電子電路。我們選用 LM1819 專(zhuān)用集成電路實(shí)現(xiàn)上述功能。 LM1819 是由電荷泵、整形器、函數(shù)發(fā)生器、等組成。 5 下面 對(duì)外圍電路和工作原理作較詳細(xì)分析和說(shuō)明。二極管 D1 是為了防止電源反接 ,以保護(hù) LM1819 燒毀 。電容 C3 是電源的吸收電容 ,以避免電源電壓頻繁波動(dòng)對(duì) LM1819 影響。穩(wěn)壓管 DW2 選用 ,使正弦和余弦繞組公共端基準(zhǔn)電位設(shè)在 。二極管 D4 作用是防止信號(hào)反接 。電阻 R7 是輸入電路限流電阻 ,使加到 LM1819 的腳 10 上電流限制在 以下 。 4 方波整形電路 :為了提高電路的處理精度 ,需要將霍爾探頭送入的方波信號(hào)加以整形。為了實(shí)現(xiàn)上述目的 ,LM1819 內(nèi)部電壓基準(zhǔn) 電路產(chǎn)生一個(gè)非常穩(wěn)定的 電壓由腳 11 輸出 ,整形靠 LM1819 內(nèi)部 NPN 開(kāi)關(guān)晶體管實(shí)現(xiàn) ,其具體過(guò)程如圖 4 所示。V9 是 LM1819 腳 9 的輸出信號(hào) ,即上述整形電路輸出信號(hào)。V10 為低電平時(shí) ,開(kāi)關(guān)晶體管截止 ,V9輸出高電平 約等于腳 11 輸出電 壓 ,因 V11穩(wěn)定在 左右 . 同時(shí) ,LM1819 內(nèi)部的 NPN 開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)間都非常短 ,因而 V9 幅值非常穩(wěn)定 ,上升沿和下降沿都非常陡 ,為后續(xù)方波頻率與電壓轉(zhuǎn)換電路提供一個(gè)理想的信號(hào)源。當(dāng)車(chē)速變化 即方波信號(hào)頻率變化 時(shí) ,控制電壓 V 8 也將隨之變化 ,以滿(mǎn)足 : θ 54 V 8 2. 1 的最終要求。 RC1 是諾頓放大器正向輸入端的微分輸入電路 ,其作用是將幅度恒定的方波信號(hào)轉(zhuǎn)化為加到腳 6 上的電流信號(hào)。 R RC2 是諾頓放大器反饋網(wǎng)絡(luò) ,R2+R8 的大小決定諾頓放大器的增益 ,C2 是抑制輸出脈沖的補(bǔ)償電容。將霍爾速度傳感器送來(lái)的方波信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)線圈 N1 和N2 的電流信號(hào) ,使合成磁場(chǎng) H 與水平線夾角θ能根據(jù)車(chē)速