隨著電子技術的廣泛應用，傳統(tǒng)汽車儀表逐漸被微處理器為核心的電子控制數字儀表取代已成為必然趨勢。車輛儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要接口和界面，是車輛安全行駛的重要保證攻柠。然而，目前國內車輛儀表數字化水平還不高后裸，絕大部分儀表還是模擬式的瑰钮，而大多數模擬儀表表頭的體積較大、數量多微驶，使得顯示系統(tǒng)擁擠不堪飞涂，影響美觀；另外一些模擬儀表故障率高祈搜，增加了用戶的經濟負擔，減小了車輛行使的安全系數士八。

 

為克服這些缺點容燕，文中提出用51單片機、模/數轉換器件ADC0809及霍爾開關及數字式溫度傳感器DS18B20等對其進行技術改進婚度，設計并實現了新型全數字儀表系統(tǒng)蘸秘，該儀表系統(tǒng)有顯示直觀準確、靈敏度高蝗茁、使用壽命長僚洋、靈巧美觀、成本低等優(yōu)點泊术。

 

1 系統(tǒng)組成及工作原理

 

本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部份協調完成候赏，硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉換沃菩，各種信息的顯示等盯媚；軟件主要完成信號的處理及控制功能等。

 

其工作原理是89C51單片機依次查詢各傳感器的輸出信號（氣壓片迁、油壓等模擬傳感器輸出的模擬信號需要經過ADC0809進行模數轉換）抖唧； 然后89C51對輸入信號進行相應處理后通過顯示模塊44780輸出，同時還可輸出各種告警信號煞肠。

 

 

2 硬件構成

 

該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊： 89C51主控模塊瓤鬓、傳感器模塊、ADC0809模/數轉換模塊乏束、44780顯示模塊等四乱。其中89C51主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能，傳感器完成信號的采樣功能骤公，ADC0809完成將模擬信號轉換成數字信號的功能抚官，44780顯示模塊完成字符扬跋、數字的顯示功能。

 

2.1 主控模塊

 

系統(tǒng)采用ATMEL公司生產的AT89C51單片機凌节，它帶有4KB閃速式存儲器钦听、128B內存，最大工作頻率24MHz倍奢，同時朴上，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數器卒煞，5個中斷源痪宰，1個串行口。

 

2.2 溫度傳感器DS18B20

 

DS18B20是Dallas公司推出的單線數字式測溫芯片畔裕，它能在現場采集溫度數據衣撬，并將溫度數據直接轉換成數字量輸出。DS18B20與AT89C51的接口電路圖如圖2所示扮饶，其中DS18B20工作在外部電源供電方式具练，單片機89C51采用P2.0和DS18B20通信。

 

 

2.3 44780顯示模塊

 

本系統(tǒng)采用44780驅動的LCD惜肃，HD44780（KS0062）是用低功耗CMOS技術制造的大規(guī)模點陣LCD控制器（兼帶驅動器）喝壹，和4bit/8bit微處理器相連，它能使點陣LCD顯示大小寫英文字母盲狈、數字和符號等豐富的信息旱已，同時有較強的通用性應用，使用方便螺矮，用戶能用少量元件就可組成一個完整點陣LCD系統(tǒng)殿漆，送入相關的數據和指令就可實現所需的顯示。

 

44780顯示模塊有8條數據線滑攘，3條控制線腊匆。可與微處理器或微控制器相連超璧，通過送入數據和指令隙趣，就可使模塊正常工作，44780顯示模塊和89C51單片機連接電路如圖3所示嘴缓。

 

 

需要說明的是旱万，真正投入使用的顯示模塊需要根據車輛生產廠家對儀表顯示界面的具體需求到液晶生產公司定制。

 

2.4 A/D轉換模塊

 

由于本系統(tǒng)需處理多路模擬信號吐句，故采用ADC0809 A/D轉換模塊胁后，它采用逐次逼近的方法完成A/D轉換；其片內帶有鎖存功能的8 路模擬開關，可對8路0～5V的輸入模擬電壓信號進行轉換, 完成一次轉換約需100μs攀芯。其輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器,可直接接到單片機89C51的P0口屯断。 ADC0809 與89C51接口電路如圖4所示。

 

 

2.5 測速傳感器

 

經調查殖演，速度傳感器是車輛傳感器中的易損器件年鸳，所以該系統(tǒng)對測速傳感器進行了改進趴久，測速傳感器由霍爾開關搔确、磁鐵組成。其工作原理是將霍爾開關和磁鐵分別安裝在車架膳算、車輪的適當位置，車輛行駛時好浆，在磁鐵的作用下，霍爾開關產生開關信號掠佛，通過在單位時間對其計數可計算出車輛的行駛的瞬時速度权塑，累計開關信號可計算出車輛行使的距離。它具有靈敏度高托茅、價格低廉、不易損壞等優(yōu)點层焚。

 

2.6 其他模擬傳感器

 

氣壓、油壓坪江、油量等參數的測量采用模擬傳感器，其輸出的模擬信號通過ADC0809模數轉換后輸入單片機89C51僵朗，經過相應軟件處理后輸出屑彻。

 

2.7 抗干擾設計

 

由于本儀表系統(tǒng)是為汽車、摩托車設計的，而汽車粪薛、摩托車的點火系統(tǒng)有較強的電磁干擾，另外車輛移動性大湃交，有可能處于較強電磁干擾的環(huán)境中，因此必須采取抗干擾措施巡揍，否則系統(tǒng)難以穩(wěn)定、可靠運行奸桃。本系統(tǒng)采用的是由硬件和軟件相結合的抗干擾措施。

 

具體地講葬陡，該系統(tǒng)主要采用了以下五個方面的抗干擾措施。

 

采用抗干擾電源：

 

單片機系統(tǒng)供電線路是干擾的主要來源阁巨，本系統(tǒng)的電源由車載電瓶提供隐睹，車輛的點火系統(tǒng)、音響設備等都可能對本系統(tǒng)產生干擾鹿脯，為此，可將車載電瓶12V電源經磁珠和電容組成π形濾波電路后抵师，再經過UA7805C變壓，然后經過穩(wěn)壓坤学、濾波得到本系統(tǒng)電源。另外給每個集成電路芯片都安置一個0.01mF的陶瓷電容器深浮，來消除大部分高頻干擾。同時飞苇，良好接地是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要條件，由于本系統(tǒng)既有模擬電路又有數字電路玄柠，因此設計時將數字地與模擬地要分開诫舅，最后只在一點相連。

 

光電隔離：

 

在I/O通道上采用光電隔離器刊懈，將單片機系統(tǒng)與各種傳感器娃闲、開關從電氣上隔離開來虚汛，很大一部分干擾可被阻擋逛徽。本系統(tǒng)的測速子系統(tǒng)輸出的開關信號經光電隔離器4N33耦合至單片機P3.2口。

 

過壓保護電路：

 

本系統(tǒng)在輸入輸出通道上也設計了過壓保護電路障渡，它由限流電阻和穩(wěn)壓管組成，以防止引入高電壓篙袄，損害單片機系統(tǒng)〗咏荆　

 

另外，本系統(tǒng)中锈犯，為消除按鈕動作時產生抖動干擾，在按鍵與89C51間加入一個Schmitt觸發(fā)器74HC14邓星。

 

模/數轉換電路的抗干擾措施：

 

本系統(tǒng)模／數轉換模塊ADC0809送出的數字信號經鎖存器鎖存后傳送給單片機应结，鎖存器對干擾非常敏感泉唁，當鎖存線上出現干擾時鹅龄，會盲目鎖存當前數據亭畜，為此可將鎖存器與單片機設計在同一電路板上，使傳輸線上傳送的是已經鎖存好的控制信號拴鸵。設計軟件時，盡可能快地重復輸出同一個信號劲藐，以減小干擾信號影響的概率八堡。

 

CPU抗干擾措施：

 

當干擾信號作用到單片機本身時兄渺，單片機將不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序缝龄，從而引起混亂寝典。為此本系統(tǒng)采用了以下幾種方法林没。

 

人工復位：當微處理器失控時缅坯，可使用復位方法處理，使程序自動從0000H開始執(zhí)行怠播。為此系統(tǒng)設置了復位鍵，當微處理器失控時搀薛，只要按下復位鍵，并持續(xù)10ms以上即可稻填。

 

掉電保護：因為當車輛顛簸的路況時，可能引起電源等接觸不良恰壁，使系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)，電源電壓恢復正常后晓褪，系統(tǒng)難以恢復正常堵漱。為此系統(tǒng)設計了掉電保護涣仿。掉電信號由硬件電路檢測到勤庐，加到單片機的外部中斷輸入端好港。將掉電中斷規(guī)定為高級中斷，使系統(tǒng)及時對掉電做出反應钧汹。在掉電中斷子程序中，首先進行現場保護拔莱，當電源恢復正常時，單片機重新復位塘秦，恢復現場讼渊，繼續(xù)工作。至于程序跑飛宝猩，可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復位狀態(tài)。具體的講孙远，可以在RAM中埋一些標志，在每次程序復位時友熟，通過這些標志，可以判斷復位原因并根據不同的標志直接跳到相應的程序栓占。這樣可以使程序運行有連續(xù)性，用戶在使用時也不易察覺到程序被重新復位過橡彬。

 

3 軟件設計

 

該系統(tǒng)軟件主要由主程序媳阴、中斷子程序、數據采集與A/D轉換子程序橄霉、顯示子程序窃爷、告警子程序等六大模塊組成，因為C語言編寫的軟件易于實現模塊化姓蜂，生成的機器代碼質量高按厘、可讀性強、移植好钱慢，所以本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫逮京，在Keil Vision3 Demo版本的集成開發(fā)環(huán)境下進行編譯連接。

 

3.1 主程序設計

 

主程序主要完成硬件初始化束莫、子程序調用等功能懒棉，主程序流程圖如圖5所示。

 

3.2 數據采集子程序設計

 

數據采集與A/D轉換子程序根據輸入參數對相應的模擬信號進行采樣览绿、量化及處理策严，并將相應信號的數值返回主程序。

 

3.3 顯示子程序設計

 

顯示子程序完成符號挟裂、數值的顯示輸出。

 

3.4 中斷子程序設計

 

中斷子程序有三種中斷源：鍵盤揍诽、車輪（車輪每轉一圈產生一個中斷脈沖）及掉電保護電路诀蓉，分別完成面板功能設置、測速功能和掉電保護竖枚。由于本系統(tǒng)中斷源共有6個劝讯，所以用優(yōu)先權編碼器（74LS148）對外部中斷源進行了擴展眠荒。

 

3.5 告警子程序

 

主要實現異常情況下控制告警信號輸出持乌。如當冷卻液溫度升高到接近沸點(例如95～98℃)時，或燃油箱內的燃油量少于某一規(guī)定值時丐忠，音頻告警裝置會發(fā)出不同頻率的告警信號涝调，同時相應的指示燈發(fā)亮（點亮告警指示燈的任務由顯示子程序來完成），以引起駕駛員的注意臭器。

 

 

4 仿真與調試

 

4.1 仿真器選擇

 

本系統(tǒng)選用ME-52單片機仿真開發(fā)系統(tǒng)擅揖，它實時仿真頻率高達33MHz，提供2～24MHz的時鐘信號豌蟋。同時它提供64KB程序代碼存儲器，支持仿真所有程序和數據地址空間梧疲，支持Franklin V3.xx/Keil 6.xx編譯連接工具。具有分別獨立控制項目文件的項目管理器往声。另外具有VC++風格的窗口駐留戳吝，窗口動態(tài)切分和工作簿模式窗口界面浩销。

 

4.2 仿真調試

 

在仿真調試階段听哭，采用“自底向上逐步集成”的策略，逐模塊進行仿真測試普筹，在此基礎上逐步集成丰搞。譬如可先仿真顯示模塊沉沾、測速子模塊稚铡、測溫子模塊等，然后將仿真成功的模塊逐個加入主程序進行仿真旺哀，在仿真過程中發(fā)現錯誤硼挡，采用“分塊壓縮策略”仓泣，快速找到并改正錯誤；注意在集成過程中出現問題苏涧，大多是由于模塊間資源使用沖突引起的。當軟件模塊仿真成功后炎剿，可與硬件一起進行在線仿真，此時在調試中出現的問題大多是由于連接線連接錯誤阱穗、虛焊、布線不合理等原因造成的揪阶。

 

5 結束語

 

隨著電子技術的廣泛應用，車輛儀表顯示屏幕的液晶化必將成為一種發(fā)展趨勢鲁僚，文中提出利用51單片機和新型傳感器對車用儀表進行改進，目前原型機已取得成功侨艾。運行結果表明，新型數字儀表系統(tǒng)可靠性高唠梨、使用方便侥啤，下一步將在此基礎上開發(fā)綜合信息系統(tǒng)当叭，擴充顯示和控制的信息種類弦蜀，如:交通地圖信息、行程信息栋负、網絡信息、電話信息倒忌、控制空調系統(tǒng)及音響系統(tǒng)等，給用戶提供更大的方便谦选。

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