PIC16C72A在汽车智能仪表中的应用

摘要：文中提出了利用单片机技术和VFD显示器件，构成汽车电子智能仪表的方法。仪表以PIC16C72A单片微型计算机为核心，具有实时显示和保存车速、发动机转速、水温、油位、总里程、子里程等车况参数，使汽车具有“黑匣子”功能。关键词：组合仪表；VFD；单片机；硬件；软件Abstract：A method of constituted the car intellectual meter based on the single-chip micro-computer technology and VFD display device is introduced in this paper．PIC16C72A single-chip microcomputer is its core and the meter possesses the function of displaying and saving the cars parameters such as the velocity of car，rotational speed of engine，temperature of water，the level of oil，total mileage and single mileage et on time．So that the car take on the function of“Black Box”．Key words：Combined meter；VFD （Vacuum Fluorescent Display）； Singe-chip； Computer Hardware；Software1 设计思想 汽车仪表是司机与汽车之间进行信息交流的窗口和界面，对于提高汽车仪表使用寿命、安全和经济行驶有着积极而重要的作用。本设计采用PIC16C72A单片微型计算机作为仪表的核心，汽车原有传感器无需更换，传感器的输出信号通过信号调理电路后送人CPU，经CPU处理后的信号采用时分技术通过VFD显示器显示出来。实时显示车速、发动机转速、水温、油位、总里程、子里程等车况参数，并对信息进行复杂处理从而为司机提供平均车速、经济油耗、剩余油量能跑里程数等有用信息，同时，还能对瞬时行车信息进行记录存储，实现“黑匣子”功能；对异常情况实现语音报警提示，且为今后功能扩展预留通讯接口。与传统汽车仪表相比，该仪表具有功能丰富、可靠性高、精度高、可视性好、通用性强、且有储存功能、无机械磨损、使用寿命长等优点。2 硬件结构 轿车用汽车电子智能仪表由传感器、信号调理电路、单片机处理器、语音报警电路、显示驱动电路、VFD显示器等部分构成。如图1所示： 其中：S1为光电式车速传感器，将对应于0～200公里／d,时的车速转变成频率范围为0～136．3Hz的脉冲信号； S2为脉冲信号式转速传感器，将对应于0～8000转／分钟的发动机转速变换成0～260Hz的频率信号； S3为热敏电阻式温度传感器，用于测量汽车冷却水的温度，该传感器将水温的变化变换成电阻、电压的变化； s4为浮子一可变电阻式液位传感器，将油位的变化变成电阻、电压的变化； Cnl、Cn2为车速测量通道、发动机转速测量通道的信号调理电路，由于车速和发动机转速传感器输出的是脉冲频率信号，所以，与之相对应的信号调理电路的作用是对传感器的输出信号进行整形、嵌位／限幅，以满足CPU对输人信号的要求。水温和油量传感器输出的是模拟信号，其对应的信号调理电路Cn3、Cn4为电阻传输网络，将传感器的输出信号送到单片机自带的A／D输人端；CPU为微控制器，整个仪表的核心，对信号的采集、处理和输出起控制指挥作用，芯片采用美国Microchip公司PIC16C72A芯片，它是带有8位5通道A／D转换器、4kX 14位的程序存储器、128X8位的数据存储器和3个定时器的8位微处理器； E²PROM选用93LCA6B型三线串行电擦除可编程只读存储器，其容量为1k×16位，擦除周期1M次，显示速度2ms，数据保持时间长于4O年。在仪表中用于保存子里程、总里程数据以及当前车况，并保证掉电时数据不会消失，起到汽车“黑匣子”的作用；ISD为语言芯片，储存所有报警语言，驱动报警喇叭； DR1、DR2 为VFD 显示驱动器／控制器μPD16311芯片，一块用于驱动显示发动机转速、总里程的VFD显示屏，另一块用于驱动显示车速、水温、油量、子里程的VFD显示屏； SP为喇叭，当车速、发动机转速、水温和油量等测量参数超限时，起语言提示报警作用； VFD1、VFD2为荧光显示屏，实时显示车速、发动机转速、水温、油位、总里程、子里程等车况参数； DC／DC电源变换器，将汽车上原有的12V蓄电池供电电压变成汽车智能组合仪表所需要的三种工作电压：即微控制器、语言芯片、信号调理电路所需的+5V电压，VFD显示屏的阳极和栅极所需的一32V电压以及用于VFD显示屏灯丝供电的交流4．2V电压；功能选择开关用于功能选择，它有两个作用：①切换多功能显示区的显示内容，多功能显示区可以显示子里程（km）、子里程行驶时间（hr：min）和剩油行驶里程（km）3项内容，缺省显示内容为子里程，②对子里程和子里程行驶时间清零，按下按键的时间超过3s，即对子里程和子里程行驶时间清零； 亮度调节开关，对VFD显示器的亮度起调节作用。3 软件设计 仪表的软件由四部分组成：即由系统时钟程序、测控程序、按键／开关处理程序和VFD显示程序构成。系统时钟程序完成对四个软件定时器的处理，实现定时采样时间的设定、子里程／行驶时间清零定时器的设定、多功能显示时间定时器的设定、报警间隔定时器的设定等功能；测控程序主要包括数据采集程序、数据处理程序，完成对于车速、发动机转速脉冲信号和水温、油位传感器模拟信号的采集、数字滤波及其它各种数值的计算；按键／开关处理程序完成对多功能显示区切换、子里程和子里程行驶时间清零的功能；VFD显示程序完成对发动机转速、水温和油量的模拟光柱显示和车速、总里程、子里程、行驶时间、剩油行驶里程等参数的数字显示的功能。系统的主程序框图如图2所示： 汽车仪表在工作过程中环境变化无常，在设计上通过硬软件综合考虑，实现抗干扰和数据可靠存储设计。在软件抗干扰措施方面，首先考虑到数字信号在传输过程中受到干扰易引起码元波形变坏，传输到接收端后，可能发生错误的情况，在编码设计时，着重考虑编码结构，采用抗干扰性强的交织卷积码的编码方式；为了杜绝程序在使用过程中出现死循环或死机的现象，设计了看门狗电路，以实现硬件对软件的保护作用；为了消除对数据采集带来的误差，对变化缓慢的油位传感器等信号采样值使用了算术平均法数字滤波，以消除油位波动给采样值带来的影响。参考文献1 董辉．汽车电子技术与传感器[M]．北京：北京理工大学出版社，19972 窦振中．PIC系列单片机原理和程序设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，19913 1997Microchip Technical Library， Microchip TechnologyInc．[M]