基于單片機的車用數(shù)字儀表設(shè)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(shè)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(guān)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(shù)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(nèi)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(jīng)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(zhuǎn)換器件ADC0809及霍爾開關(guān)及數(shù)字式溫度傳感器DS18B20等對其進行技術(shù)改進，設(shè)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(diào)完成，硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉(zhuǎn)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(jīng)過ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動的LCD，HD44780（KS0062）是用低功耗CMOS技術(shù)制造的大規(guī)模點陣LCD控制器（兼帶驅(qū)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(guān)的數(shù)據(jù)和指令就可實現(xiàn)所需的顯示。LM1286顯示模塊有8條數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)車輛生產(chǎn)廠家對儀表顯示界面的具體需求到液晶生產(chǎn)公司定制。

2.2 A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊，它采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換；其片內(nèi)帶有鎖存功能的8 路模擬開關(guān)，可對8路0～5V的輸入模擬電壓信號進行轉(zhuǎn)換， 完成一次轉(zhuǎn)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(jīng)調(diào)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(guān)、磁鐵組成。其工作原理是將霍爾開關(guān)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(guān)產(chǎn)生開關(guān)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(guān)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(shè)計

該系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、數(shù)據(jù)采集與A/D轉(zhuǎn)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(zhì)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(shè)計

主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用等功能，主程序流程圖如圖1所示。

4 仿真調(diào)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(diào)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(chǔ)上逐步集成

5 結(jié)束語

隨著電子技術(shù)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(jié)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(chǔ)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(wǎng)絡(luò)信息、電話信息、控制空調(diào)系統(tǒng)及音響系統(tǒng)等，給用戶提供更大的方便。

參考文獻

[1] 劉和平. PICI8F單片機原理及接口程序設(shè)計[M]. 北京： 北京航空航天大學出版社， 2009

[2] 楊振江. 智能儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應用[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2001

[3] 劉啟林. 單片機的調(diào)試方法[J]. 大眾科技， 2004， 9（11）： 11-13

[4] 何耀華. 汽車實驗學[M]. 北京： 人民交通出版社， 2005

[5] 劉慧根. Motorola微控制器原理及嵌入式應用[M]. 北京： 清華大學出版社， 2008

[6] 張毅剛. MCS-單片機應用設(shè)計[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2002

作者簡介

李文華，邵陽學院信息工程系電子科學與技術(shù)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