一 引言

　　汽車利用燃油機和電力兩種動力系統(tǒng)通過串聯(lián)夸楣、并聯(lián)或混聯(lián)的形式進行組合工作箫攀。混合動力汽車通常是指同時由燃油發(fā)動機和電動機兩種動力源驅(qū)動的汽車棵薛。這兩種動力源在汽車不同的行駛狀態(tài)下可分別工作掰砌，或同時工作，運用最優(yōu)的控制方法達(dá)到最少的燃油消耗和尾氣排放彰巫，實現(xiàn)省油和環(huán)保的目的塑赁。混合動力汽車由于具有兩套動力系統(tǒng)童丢，在控制難度提高的同時糠味，也對數(shù)據(jù)傳輸及顯示的實時性和可靠性提出更高的要求，如果能將不同動力系統(tǒng)的實時工作狀態(tài)及時地反映給駕駛員择车，為駕駛員提供更為全面的行車咨詢渊伐，對混合動力汽車而言，顯得尤為重要阀严。目前多析，我國普遍生產(chǎn)使用的是燃油汽車，相應(yīng)地砚凳，我國目前普遍采用的步進電機式數(shù)字儀表也是針對燃油發(fā)動機相關(guān)參數(shù)而設(shè)計初祠。如果在已有的步進電機式儀表面板中設(shè)計更加復(fù)雜的圖象來顯示混合動力汽車相關(guān)參數(shù)，特別是反映動力源工作狀態(tài)的參數(shù)鳄橘，將很難保證顯示系統(tǒng)的清晰性声离、實時性和穩(wěn)定性。針對這種現(xiàn)狀瘫怜，我們設(shè)計了一款以彩色液晶顯示器為終端的基于TI公司TMS320F2812 DSP的混合動力汽車綜合顯示儀术徊。

　　該顯示
儀從CAN總線獲取所需數(shù)據(jù)，由TMS320F2812 DSP處理數(shù)據(jù)并通過MAX232送往彩色液晶鲸湃，通過軟件編程實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與"預(yù)置畫面"相結(jié)合的動態(tài)顯示赠涮，并可隨時根據(jù)需要，由軟件實現(xiàn)顯示界面的擴充暗挑。這一系列任務(wù)在硬件支持的情況下全部由軟件編程實現(xiàn)笋除。

　　1. CAN總線技術(shù)

　　目前存在多種汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，控制局域網(wǎng)絡(luò)(Control Area Network, CAN)屬于現(xiàn)場總線范疇炸裆，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信株憾。它有效支持分布式控制及實時控制，并采用了帶優(yōu)先級的CSMA／CD協(xié)議對總線進行仲裁晒衩。因此嗤瞎，CAN總線允許多站點同時發(fā)送，這樣囚缝，既保證了信息處理的實時性糠歧，又使得CAN總線網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)抄瀑，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外预第，CAN采用短幀結(jié)構(gòu)隆惊，且每幀信息都有校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)的實時性害媚、低傳輸出錯率蹬寸。

　　目前，汽車上主要有2條CAN 總線财军，即低速(L)與高速(H)CAN總線广柴，低速線路工作在125kb/s以內(nèi)，主要控制車身及舒適系統(tǒng)(中央門鎖欧移、車窗才嘀、天窗、收音機时簸、座椅跋炕、安全氣囊等)；高速線路工作在125kb/s以上律适，主要控制動力系統(tǒng)(發(fā)動機辐烂、自動變速器、制動系統(tǒng)以及防側(cè)滑系統(tǒng)捂贿、綜合顯示儀等)纠修，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，總線的數(shù)量會越來越多眷蜓，功能越來越強大分瘾。在汽車內(nèi)部采用基于總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)胎围，可達(dá)到信息共享吁系、減少布線、降低成本以及提高總體可靠性的目的白魂。在國外汽纤，尤其是歐洲，CAN網(wǎng)絡(luò)已被廣泛應(yīng)用在汽車上福荸，如奔馳蕴坪、寶馬、寶時捷等車疤草。

　　2. TMS320F2812 DSP芯片

　　TMS320F2812是美國TI公司最新研制的2000系列數(shù)字信號處理器础甜，是面向電機控制、工業(yè)自動化的第一款帶片內(nèi)Flash孩板、工作頻率達(dá)到150MHz的32位DSP怨拍。它采用經(jīng)典哈佛總線結(jié)構(gòu)浙梗，利用多總線在存儲器、外圍模塊和CPU之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)灰蒋，這種多總線結(jié)構(gòu)使得它可以在一個周期內(nèi)并行完成取指令务冠、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)，同時它采用了指令流水線技術(shù)萍捌，保證信號處理的快速性和實時性丈揖。

　　二 混合動力汽車綜合顯示儀的設(shè)計

　　1. 設(shè)計思想

　　本設(shè)計利用車輛網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，從CAN總線上采集混合動力汽車綜合顯示儀所需要的數(shù)據(jù)逗耕，如車速旁咙、轉(zhuǎn)速、檔位愿瘫、電池荷電狀態(tài)(SOC)年堆、動力系統(tǒng)工作狀態(tài)等，經(jīng)DSP處理后進行各種實時控制和顯示盏浇。區(qū)別于傳統(tǒng)的儀表面板变丧，本設(shè)計采用彩色液晶顯示器作為顯示終端動態(tài)顯示所采集并用軟件處理過的數(shù)據(jù)，可隨時根據(jù)需要绢掰，由軟件實現(xiàn)顯示界面的修改和擴充痒蓬。使用CAN總線方式使得整體系統(tǒng)工作更加及時、準(zhǔn)確滴劲，提高了安全性攻晒、可靠性，更具有智能化和人性化班挖。TMS320F2812芯片則保證了信號處理的快速性鲁捏、實時性以及通信設(shè)計的方便。

　　2. 顯示儀的硬件設(shè)計

　　該顯示儀的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示萧芙，主要包括：電源復(fù)位電路给梅、CAN通信接口電路、SCI通信與電平隔離轉(zhuǎn)換電路双揪、液晶接口電路等拯羽。F2812不斷地從CAN總線上獲取數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行識別链愉、計算處理后谐创，由SCI經(jīng)過MAX232送往YD711彩色智能液晶顯示器，與"預(yù)置畫面"組合顯示拦吓。

　　a. 電源復(fù)位電路

　　TMS320F2812芯片需要給CPU寸芦、Flash、ADC及I/Os提供雙電源(1.8V和3.3V)，在上電期間婆仪，應(yīng)該為所有模塊賦予正確的復(fù)位狀態(tài)惩凉，器件的上電/掉電需要滿足一定的時序要求。TI的專用電源芯片TPS767D318可通過5V穩(wěn)壓電源纫益，提供滿足DSP內(nèi)核所需的1.8V電壓和其外設(shè)所需的3.3V電壓恒襟。在(PIN4)和(PIN10)之間串聯(lián)RC充電電路目的在于使能1路輸入輸出和2路輸入輸出有一定時間的延遲，從而使3.3V和1.8V的電壓輸出滿足F2812的上電時序要求揍忍，R弯疾、C的取值取決于時間常數(shù)。1Reset(PIN28)和2Reset(PIN22)內(nèi)部連接的是"與"門漏級開路驅(qū)動器逃糟，因此PIN28和PIN22并聯(lián)的結(jié)果是如果任何一端輸出為低吼鱼，都將引起F2812復(fù)位。采用DC/DC穩(wěn)壓電源以及嚴(yán)格隔離數(shù)字地和模擬地的設(shè)計绰咽，從硬件上保證了系統(tǒng)的抗干擾性菇肃。如圖2所示。

　　b. CAN通信接口電路與數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換電路

　　TMS320F2812中集成的CAN總線模塊是增強型CAN(eCAN)模塊取募，支持CAN技術(shù)規(guī)范2.0B琐谤，最高達(dá)1Mb/s速率，并帶光電隔離玩敏；在基于TMS320F2812的混合動力汽車綜合顯示系統(tǒng)中斗忌，CAN總線接口是在集成的eCAN模塊的基礎(chǔ)上，外擴了TI公司的3.3V CAN總線收發(fā)器SN65HVD232旺聚。由于YD711型彩色液晶智能顯示器采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232C通信方式织阳，系統(tǒng)采用MAX232芯片將DSP輸出的典型3.3V電平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-232C電平。CAN通信接口電路與數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示砰粹。

　　c.  YD711液晶接口電路

　　液晶的移位寄存器RXD(PIN14)通過RS-232C口的TXD(PIN3)與MAX232的T1out(PIN14)連接唧躲；液晶的緩沖區(qū)寄存器DTR(PIN15)通過RS-232C口的DSR(PIN6)與MAX232的T1in(PIN13)連接，在F2812給YD711發(fā)送數(shù)據(jù)之前敢俭，首先應(yīng)判斷移位寄存器是否為空乱孩，為空時再檢查DTR信號，若DTR為高電平逃口，表示緩沖區(qū)滿耀即，要等到DTR信號變?yōu)榈碗娖胶笤侔l(fā)送數(shù)據(jù)竭豺。即DTR為低電平時發(fā)送數(shù)據(jù)编苛，DTR為高時停止數(shù)據(jù)發(fā)送。接口電路如圖3裤魔、4所示娜摇。

　　3. 軟件設(shè)計

　　編程工具采用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境CCStudio V3.1，采用標(biāo)準(zhǔn)C語言作為程序設(shè)計語言，其編譯效率和直接用匯編語言已經(jīng)沒有太大的差距沿信。程序主要涉及到eCAN模塊纲析、PIE模塊和SCI模塊的運用：(1)在對各寄存器進行初始化以后，首先啟動CAN模塊接受數(shù)據(jù)组漏；(2)判斷數(shù)據(jù)的類型农浓，例如：判斷是轉(zhuǎn)速、水溫觅赊、還是其他右蕊，并將數(shù)據(jù)分別存放到相應(yīng)的郵箱中；(3)判斷數(shù)據(jù)是否正確吮螺，采用"差異判別標(biāo)志"的方法來識別數(shù)據(jù)屬于本身的正常躍變饶囚、還是由于干擾引起的突變，從軟件上保證了系統(tǒng)抗干擾的能力鸠补。例如：當(dāng)此次所接收的數(shù)據(jù)與上次接收的數(shù)據(jù)相比萝风，存在較大差異時，軟件暫時只保留數(shù)據(jù)而不將其送往液晶顯示紫岩，并打開一個"差異判別標(biāo)志"规惰，并將所保留的數(shù)據(jù)再與下一幀數(shù)據(jù)進行比較，直到相鄰幾個數(shù)據(jù)不存在較大差異時泉蝌，才認(rèn)為是正確的數(shù)據(jù)卿拴，這時清除"差異判別標(biāo)志"并由SCI將數(shù)據(jù)送往液晶顯示。

　　PIE模塊用以實現(xiàn)駕駛員按鍵選擇畫面部分的功能梨与。當(dāng)有按鍵觸發(fā)信號產(chǎn)生堕花，主程序跳轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)子程序ISR中，判斷選擇的是哪幅畫面并將其顯示枚从，中斷子程序返回至主程序稳荒。

　　4. 顯示界面設(shè)計及參數(shù)范圍

　　本設(shè)計選用了友利華(河南)高科技開發(fā)有限公司的YD711彩色液晶智能顯示器，引入了"預(yù)置畫面"的概念：所有的顯示畫面都被分為固定部分和變化部分榛狮。對于固定部分很防，可以預(yù)先在微機上進行編制，然后將其作為"預(yù)置畫面"送入機內(nèi)(閃存)中嫡靠，本系統(tǒng)一共繪制了3幅預(yù)置畫面：(1)考慮到有些駕駛員習(xí)慣于傳統(tǒng)的儀表版面志凿，設(shè)計了指針式的畫面；(2)在動力傳輸示意圖這個畫面里杂飘，系統(tǒng)將其中的小箭頭作為變化部分疏形，通過程序?qū)π〖^進行連續(xù)填充，達(dá)到動態(tài)跑動的效果触咧，從而非常直觀地反映出了混合動力汽車動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)衩凤，如圖5所示唤邻；(3)考慮到駕駛員不同習(xí)慣的需求，設(shè)計了純粹以數(shù)值方式顯示的畫面掸绞，如圖6所示泵三。系統(tǒng)通過軟件實現(xiàn)與現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)組合顯示，駕駛員可通過按鍵方便地選擇畫面衔掸。

　　根據(jù)混合動力汽車的特性烫幕，綜合顯示儀所顯參數(shù)及其范圍設(shè)定為：車速(0～180km/h)、轉(zhuǎn)速(0～6500r/min)敞映、檔位(停車檔-P纬霞、倒車檔-R、空檔-N驱显、前進檔-D诗芜、行車檔-S、低速檔-L)埃疫、電池荷電狀態(tài)(SOC 0～100%)伏恐、電流(0～200A)、電壓(額定電壓288V)栓霜、水溫(0～120℃)翠桦、燃油(0～100L)、里程(0～30000km)胳蛮，動力系統(tǒng)工作狀態(tài)以及動力傳輸示意圖争萎。其中的動力傳輸示意圖能動態(tài)直觀地反映發(fā)動機和電動機兩套動力系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)。

　　三 試驗結(jié)果

　　本綜合顯示儀設(shè)計了三幅畫面迄岸，如畫面1谍售、2、3所示苗泰。駕駛員可通過按鍵方便地切換顯示畫面学掉。試驗表明，該綜合顯示儀能按設(shè)計要求正常穩(wěn)定地顯示汽車運行時的相關(guān)參數(shù)莲轮。當(dāng)動力源以及動力傳遞方向發(fā)生改變時姐阎，動力傳輸示意圖里的箭頭運動方向也跟著改變，從而可非常直觀明確地顯示汽車動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)既帜。

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