基于單片機的車用數(shù)字儀表設計與實現(xiàn)

李文華+彭森

摘 要：本文論述了以單片機為主控器，以ADC0809為核心，以氣壓、油壓、溫度、霍爾元件等傳感器為主要外圍元件的車用數(shù)字儀表（VDI）的設計與實現(xiàn)。該儀表系統(tǒng)具有顯示直觀、準確，使用方便可靠等優(yōu)點，代表了車用儀表的最新發(fā)展趨勢。

關鍵詞：單片機；傳感器；車用數(shù)字儀表

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。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(shù)字儀表取代已成為必然趨勢。然而，目前國內車輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大部分儀表還是模擬式的，而大多數(shù)模擬儀表表頭的體積較大、數(shù)量多，使得顯示系統(tǒng)擁擠不堪，影響美觀；另外一些模擬儀表故障率高，增加了用戶的經濟負擔，減小了車輛行使的安全系數(shù)。

為克服這些缺點，文中提出用單片機、模/數(shù)轉換器件ADC0809及霍爾開關及數(shù)字式溫度傳感器DS18B20等對其進行技術改進，設計并實現(xiàn)了新型全數(shù)字儀表系統(tǒng)，該儀表系統(tǒng)有顯示直觀準確、靈敏度高、使用壽命長、靈巧美觀、成本低等優(yōu)點。

1 工作原理

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

其工作原理是89C單片機依次查詢各傳感器的輸出信號（氣壓、油壓等模擬傳感器輸出的模擬信號需要經過ADC0809進行模數(shù)轉換）； 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。

2 硬件設計

該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊： 89C51主控模塊、傳感器模塊、ADC0809模/數(shù)轉換模塊、44780顯示模塊等。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，ADC0809完成將模擬信號轉換成數(shù)字信號的功能，44780顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。

2.1 顯示模塊LM12864

本系統(tǒng)采用LM12864驅動的LCD，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），和4bit/8bit微處理器相連，它能使點陣LCD顯示大小寫英文字母、數(shù)字和符號等豐富的信息，同時有較強的通用性應用，使用方便，用戶能用少量元件就可組成一個完整點陣LCD系統(tǒng)，送入相關的數(shù)據和指令就可實現(xiàn)所需的顯示。LM1286顯示模塊有8條數(shù)據線，3條控制線?？膳c微處理器或微控制器相連，通過送入數(shù)據和指令，就可使模塊正常工作，44780顯示模塊和89C單片機連接電路.需要說明的是，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。

2.2 A/D轉換模塊

由于本系統(tǒng)需處理多路模擬信號，故采用ADC0809 A/D轉換模塊，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。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。

2.3 測速傳感器

經調查，速度傳感器是車輛傳感器中的易損器件，所以該系統(tǒng)對測速傳感器進行了改進，測速傳感器由霍爾開關、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、車輪的適當位置，車輛行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關產生開關信號，通過在單位時間對其計數(shù)可計算出車輛的行駛的瞬時速度，累計開關信號可計算出車輛行使的距離。它具有靈敏度高、價格低廉、不易損壞等優(yōu)點。

3 軟件設計

該系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、數(shù)據采集與A/D轉換子程序、顯示子程序、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(xiàn)模塊化，生成的機器代碼質量高、可讀性強、移植好，所以本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫，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、子程序調用等功能，主程序流程圖如圖1所示。

4 仿真調試

選用啟東達愛思單片機仿真實驗開發(fā)系統(tǒng)軟硬件一起在線仿真調試，采用“自底向上逐步集成”的策略，逐模塊進行仿真測試，在此基礎上逐步集成

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，文中提出利用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。運行結果表明，新型數(shù)字儀表系統(tǒng)可靠性高、使用方便，下一步將在此基礎上開發(fā)綜合信息系統(tǒng)，擴充顯示和控制的信息種類，如：交通地圖信息、行程信息、網絡信息、電話信息、控制空調系統(tǒng)及音響系統(tǒng)等，給用戶提供更大的方便。

參考文獻

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作者簡介

李文華，邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業(yè)學生

通訊作者 （指導老師）

彭森，邵陽學院信息工程系教師