电动汽车中控台控制电路设计概述

1、 PAGE 38氨 扮 爱天津电子信息职白业技术学院毕 业 设 计按 课题名疤称 把电动汽车中控台暗控制电路设计白 姓 案 名 班 板 安 翱 背 肮 学 啊 号 癌 俺 熬 稗 鞍 班 疤 级 摆 碍 白 澳 耙 隘 艾 专 斑 业 袄 挨 傲 案 按 哀 所 在氨 系 摆 班 凹 艾 拜 氨 巴 指导教凹师 按 败 班 安 般 澳 完成日八期 叭 坝 2011.1把2.31 哀 敖 皑天津电子信息职笆业技术学院啊毕业设计（论文扮）任务书搬课题名称： 搬 皑电动汽车中控台败控制电路设计哎 靶完成期限：20巴10年 10 八月31日至 2吧010年12 袄月31日敖姓 名 捌 靶 疤 绊 拔

2、指导教师鞍 败 皑 靶专 业 胺 拜 奥 昂 瓣 爸 职般 称案 工程师 绊 俺所在系 袄 袄 埃 邦 芭 爸 斑 系芭 主 任挨 按 败 背接受任务日期八 哎2011.10奥.28昂 批准日岸期办 稗2011.10柏.31 懊一、原始依据（蔼资料）：办 碍 罢汽车仪表是驾驶艾员与汽车进行信氨息交流的重要接爱口和界面，对汽败车的行驶安全性跋和舒适性有很大佰影响，因而控台班控制电路的设计皑非常重要。随着鞍电子技术、计算啊机和通信技术等氨的发展，汽车仪半表越来越趋向数佰字化。与传统汽靶车相比，电动汽鞍车在所要显示的氨信息方面有所保阿留但又有一定程敖度的区别。搬二、设计（论文隘）内容和要求：扮设计内

3、容：柏 敖文是以Free胺scale公司肮的MC9S12捌DG128单片矮机为基础，进行邦组合仪表系统控稗台控制电路的设绊计，主要包括硬皑件设计和软件设摆计两个方面，即扮进行各典型电路扮模块的设计和相捌关芯片驱动程序般的编写。它采用班步进电机式指针奥仪表、LED和拌LCD显示器显熬示车速、电机转矮速、里程信息以矮及电机电流、蓄八电池电压、电流熬和荷电状态等相颁关的信息，同时拌采用了汽车行业瓣标准的CAN 按通信接口挂接在盎CAN总线上，颁实现与车内其它隘模块的数据通信叭。本系统采用模柏块化设计，简化百了外部电路、降懊低了成本，显示皑的信息更加直观般、可靠，且具有伴较高的精度。案 叭设计要求：阿

4、 1 学叭生要独立完成一吧个软件或较大软俺件中的一个模块芭2 要有足够的按工作量罢3 要写出软件叭说明书般4 能够进行计肮算机演示和给出般运算结果。挨5 涉及到计算笆机硬件或电控装靶置胺6 学生要独立邦完成一个完整的懊实验耙7 要有完整的背测试结果和实验蔼数据搬8 实验要有探八索性傲9 要写出使用邦说明书。唉三、建议查阅的氨技术资料：板1 王宜怀拌, 刘晓升 等扳. 嵌入式系统挨-使用HCS1啊2微控制器的设拔计与应用M跋. 北京: 北澳京航空航天大学蔼出版社, 20凹08.傲2 王佳,挨等. 基于CA俺N总线纯电动汽邦车整车控制器设熬计A. 北巴京理工大学出版袄社, 200傲7埃3 肖玲妮叭

5、,等著 Pro柏tel 200瓣4电路设计M按, 清华大学熬出版社 200暗6.搬4 张翔,皑杨建中, 等.八 纯电动汽车傲的组合仪表综述败J. 汽车版电器, 200熬8,(12):爱1-5.拔5 刘伟,艾 等. 基于S白T72F561巴的全数字式汽车扳组合仪表的设计佰J. 仪暗器仪表学报, 氨2007, 2熬8(9): 1癌635-163爱9.扳6 董浩扳,王建,赵云波碍. 基才MC9巴S12HZ25拜6的总线式汽车肮数字仪表设计坝J. 电子把设计工程, 2疤010, 18版 (2): 8拔3-88.哀7 付晓爱光. 电动汽坝车数字仪表的设袄计与实现D巴， 北京工业大办学硕士学位论文傲，20

6、09.0奥5.斑8 李飞，阿姜木霖等。靶基于MC68H暗C908LJl翱2的汽车组合仪拔表设计湖肮北汽车工业学院昂学报 2008扒,22（4）.伴9 付胜波蔼 基于CAN斑总线的汽车组合疤仪表研究D班 武汉理工大学奥硕士学位论文，爸2007.5.半10 吴敦邦福，陈剑等 纯坝电动车组合仪表澳设计P 中俺国科技论文在线败 把2009.10碍（103）.鞍11 沈盎红卫，杨建生 柏基于CAN的汽按车组合仪表运转绊台J 仪表白技术与传感器 盎2004,11邦.碍12 戴松案新等 汽车组合暗仪表板控制系统按设计J 电霸子工程师 20把06，32（3袄）.埃13 刘鹏佰、康栋梁 基于扮STM32的汽邦车

7、仪表系统的设胺计P 埃中国科技论文在凹线 挨毕业设计（论文颁）进度计划表胺序号耙起止日期案计划完成内容埃实际完成内容袄检查日期稗检查人签字扮1坝2011.10瓣.31到凹2011.11般.10跋控制电路总体设熬计坝完成拔控制电路总体设哎计稗2盎2011.11皑.10到傲2011.11安.20瓣系统电源设计板完成系统电源设艾计霸3澳2011.11颁.20到氨2011.11傲.30碍电路的硬件设计皑完成电路的硬件罢设计氨4哎2011.11办.30到罢2011.12唉.10氨微型处理器选型巴完成微型处理器案选型肮5邦2011.12捌.10到拌2011.12班.20扮电路系统的设计癌完成电路系统的柏设

8、计稗6吧2011.12翱.20到疤2011.12版.31吧子程序设计把完成子程序设计凹7奥2012.1.捌1翱到昂2012.1.疤8捌答辩百答辩暗系毕业设计（论隘文）领导小组审捌阅意见：爱系主任签字：背年 月坝 日伴毕业设计（论文摆）开题报告绊毕业设计（论文叭）题目班电动汽车中控台巴控制电路设计稗学生姓名伴系别半应用电子半专业、班级凹指导教师绊职称拜工作单位艾指导教师凹职称耙工作单位扳实践地点坝交表日期八2011.10斑.31靶毕业设计百(凹论文)开题报告白内容要求： = 1 * GB3 佰扳课题的意义、现按状及发展趋势。 = 2 * GB3 耙吧课题的研究内容败、研究方法、研扳究手段、研究步

9、俺骤。 = 3 * GB3 唉摆课题所需的参考坝书目等。哀注：开题报告占办毕业设计傲(胺论文)总成绩的癌10% 。稗 败汽车仪表是驾驶盎员与汽车进行信跋息交流的重要接蔼口和界面，对汽袄车的行驶安全性办和舒适性有很大扒影响，因而控台叭控制电路的设计俺非常重要。随着阿电子技术、计算俺机和通信技术等白的发展，汽车仪熬表越来越趋向数扳字化。与传统汽稗车相比，电动汽暗车在所要显示的瓣信息方面有所保俺留但又有一定程罢度的区别。本文板是以Frees绊cale公司的按MC9S12D盎G128单片机氨为基础，进行组班合仪表系统控台捌控制电路的设计肮，主要包括硬件罢设计和软件设计癌两个方面，即进拜行各典型电路模百

10、块的设计和相关白芯片驱动程序的傲编写。它采用步凹进电机式指针仪俺表、LED和L唉CD显示器显示埃车速、电机转速盎、里程信息以及摆电机电流、蓄电懊池电压、电流和隘荷电状态等相关皑的信息，同时八采用了汽车行业哎标准的CAN 摆通信接口挂接在摆CAN总线上，拌实现与车内其它胺模块的数据通信胺。本系统采用模捌块化设计，简化百了外部电路、降翱低了成本，显示般的信息更加直观扮、可靠，且具有颁较高的精度。由邦于技术标准和相傲关法规的不健全耙，局部功能有所澳限制。但是，作蔼为新型汽车上的袄组合仪表系统，爸该设计展现了很跋好的应用前景。捌指导教师审核意吧见：办 爸 碍 签字：吧 瓣 懊 邦 把 年 月 敖 日蔼

11、系毕业设计（论案文）领导小组审摆阅意见：昂 拜 袄 叭 系主任签拜字：澳 摆 绊 袄 胺 唉 凹 爱 把 八 年 月 白 日氨毕 业 设 计柏（论 文）爸系别耙专业班级啊姓名叭班级学号翱毕业设计（论文芭）题目：疤电动汽车中控台吧控制电路设计扮毕业设计（论文邦）评语：碍 半指导教师签字：颁 搬 百 扮 隘 爱 熬 半 胺 百 年 月 败 日凹毕业设计（论文挨）总评成绩：八系主任签字：柏年 月 败 日扒天津电子信息职碍业技术学院教务唉处目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295315848 摘要 PAGEREF _Toc295315848 h 1 HYPERLIN

12、K l _Toc295315850 班一瓣 引 安 言坝翱2 HYPERLINK l _Toc295315851 胺1 课题背景挨敖2 HYPERLINK l _Toc295315852 巴2 课题的目的吧、意义扮袄3 HYPERLINK l _Toc295315853 摆3 课题的国内办外研究现状唉巴3 HYPERLINK l _Toc295315854 啊二罢 控制电百路的系统设计哎靶4 HYPERLINK l _Toc295315855 把1 组合仪表败的总体结构设计柏啊4 HYPERLINK l _Toc295315856 疤2 系统的功能昂和要求鞍拌5 HYPERLINK l _To

13、c295315857 扳3 系统的硬件翱设计芭皑6 HYPERLINK l _Toc295315858 靶（绊1稗）阿 微处理器的选拜型阿八6 HYPERLINK l _Toc295315859 邦（胺2奥）阿 电源电路和掉碍电保护电路的设阿计挨俺6 HYPERLINK l _Toc295315860 熬（扒3扒）敖 碍输入脉冲信号调癌理电路的设计隘稗8 HYPERLINK l _Toc295315861 佰（摆4爱）拌 步进电机驱动肮模块的设计捌半9 HYPERLINK l _Toc295315862 百（鞍5哎）阿 LED驱动模佰块的电路设计蔼懊1肮1 HYPERLINK l _Toc29

14、5315863 摆（八6背）办 LCD驱动模懊块的电路设计蔼哀1搬2 HYPERLINK l _Toc295315864 埃（肮7邦）敖 CAN通信模八块的电路设计安耙1隘4 HYPERLINK l _Toc295315865 懊（唉8芭）疤 故障诊断电路搬的设计坝 PAGEREF _Toc295315865 h 哎1盎6 HYPERLINK l _Toc295315866 拌4 系统的软件摆设计柏案2吧0 HYPERLINK l _Toc295315867 笆（哎1按)唉 案 捌软件开发工具介跋绍伴暗2白0 HYPERLINK l _Toc295315868 熬（隘2半）岸 系统软件的总蔼体

15、设计思路佰傲2熬0 HYPERLINK l _Toc295315869 熬（奥3绊）袄 主程序的设计皑矮3盎1 HYPERLINK l _Toc295315870 搬（案4罢）伴 输入脉冲捕捉爸程序的设计啊敖2爱3 HYPERLINK l _Toc295315871 俺（白5扮）办 Flash擦案写程序的设计熬叭2扳5 HYPERLINK l _Toc295315872 班（盎6班）傲 CAN通信程暗序的设计笆胺2稗6 HYPERLINK l _Toc295315872 胺（案7搬）靶 敖本章小结伴昂2扒8 HYPERLINK l _Toc295315873 矮三巴 哎 瓣结 束 语案氨2叭9

16、 HYPERLINK l _Toc295315874 扮四耙 致伴 谢跋哀2板9 HYPERLINK l _Toc295315875 肮五扮 参霸考文献扒安3霸0奥电动汽车中控台邦控制电路的设计摘要案摘要摆：坝汽车仪表是驾驶拜员与汽车进行信皑息交流的重要接胺口和界面，对汽隘车的行驶安全性芭和舒适性有很大懊影响，因而控台吧控制电路的设计扳非常重要。随着跋电子技术、计算办机和通信技术等斑的发展，汽车仪叭表越来越趋向数斑字化。与传统汽伴车相比，电动汽办车在所要显示的胺信息方面有所保办留但又有一定程瓣度的区别。本文按是以Frees百cale公司的艾MC9S12D巴G128单片机扳为基础，进行组吧合仪表

17、系统控台跋控制电路的设计安，主要包括硬件百设计和软件设计艾两个方面，即进疤行各典型电路模巴块的设计和相关搬芯片驱动程序的耙编写。它采用步瓣进电机式指针仪艾表、LED和L办CD显示器显示班车速、电机转速绊、里程信息以及隘电机电流、蓄电爱池电压、电流和啊荷电状态等相关俺的信息，同时跋采用了汽车行业袄标准的CAN 佰通信接口挂接在绊CAN总线上，埃实现与车内其它疤模块的数据通信蔼。本系统采用模板块化设计，简化奥了外部电路、降半低了成本，显示按的信息更加直观瓣、可靠，且具有霸较高的精度。由斑于技术标准和相摆关法规的不健全扮，局部功能有所按限制。但是，作敖为新型汽车上的耙组合仪表系统，澳该设计展现了很败

18、好的应用前景。昂关键词袄：摆汽车仪表；MC板9S12DG1熬28；硬件；软懊件；控台电路。芭一 引澳 言1 课题背景吧伴随汽车工业的安日益发展，能源傲危机日益加剧，拔同时也带来相关叭的环境问题。这半使得电动汽车成背为当前新一代汽叭车（混合动力汽班车、电动汽车、摆新能源汽车）发安展的一个趋势。袄作为现代汽车的拜关键零部件之一胺，汽车仪表反映耙了汽车行驶工况摆的相关内外部信邦息，有利于保障颁汽车的行驶安全般性和舒适性。同奥时，由于新技术敖的不断发展，汽挨车仪表广泛采用颁电子、计算机与爸通信技术，使之安成为现代汽车的俺信息和控制中心拜，从而使得汽车笆组合仪表和相应澳控制器的开发设扳计显得尤为重要伴。

19、斑 碍一般传统的汽车败组合仪表有：车半速里程表、转速瓣表、机油压力表翱、水温表、燃油隘表、以及相关的把报警和指示仪表敖。电动汽车案因为采用的是电叭机，没有使用发颁动机捌， 奥所以没有发动机百转速表板、皑水温表啊、拌燃油表翱， 矮但需要相应地增岸加电机转速表隘、瓣电流表扒、蓄电池白电压表和剩余电氨量表这些与电动哀汽车相关的信息扒表把。由于空间及其澳他因素的限制，八传统的机电式模靶拟仪表只能给驾坝驶员提供必要的敖而又少量的信息俺，现代汽车仪表搬则要求所显示的吧内容和信息的种熬类越来越多、精扮度和可靠性也越笆来越高，因而汽耙车仪表的电子化暗和数字化成为必霸然的发展趋势。摆90年代，国外搬制造商为了克

20、服笆电气式仪表的原办理误差和工艺误埃差，纷纷推广采隘用电子式仪表，俺首先将传感器的挨模拟信号数字化巴，如将驱动车速蔼里程表的软轴或皑电机变换成霍尔艾传感器，将机械翱传动或电量转动拔变成数字电信号芭传输。其次，将案磁感应指示模块胺变成数字显示形百式，里程累计由按蜗杆传动变成由把步进电机驱动或办直接数字化显示俺。随着信息技术爸的高度发展，汽背车仪表已从单个熬仪表电子化迈向败集成化和系统化挨，这也使得汽车昂仪表的控台控制哎电路成为可能和芭必须。半 奥同时，现在汽车敖的故障诊断、实背时通信、导航和艾定位等大量复杂叭信息服务开始应邦用于汽车上，各捌个系统之间工作斑的协调性、可靠盎性以及抗干扰性般，也需要

21、汽车能佰够及时、高效、半合理的处理好相白关的信息，因而耙控制电路的正确跋合理设计对汽车阿仪表的功能发挥笆和未来发展有着芭重要作用。瓣2 课题的目的笆、意义背本课题的目的是斑：通过仪表与微案处理器、局域网颁通信技术等结合坝起来，取代原来搬的纯机械式和模吧拟式仪表，综合拔利用电子式、数袄字式仪表的特点挨，更直观、方便蔼的对汽车的相关熬信息进行显示，扳同时及时准确、百可靠的获得汽车笆的实时信息。对耙于可能发生的故白障和不利情况，拜采用CAN通信爱技术进行相关模捌块的信息交换共奥享，通过微处理版器对整个系统进板行控制，并进行罢相应的处理；预扒留故障诊断接口埃，以便对汽车的爱可能故障实现实八时检测，以确

22、保败驾驶过程的安全扳性和舒适性。此扮外，汽车仪表的板不断电子化、数暗字化，使得其所艾能显示的信息更埃多，也有利于仪佰表的功耗、可靠碍性得到提高。办该设计将是汽车半仪表的一个发展癌阶段，也是未来胺汽车仪表走向全扳数字化的一个准扒备阶段。汽车仪懊表的显示和相应把控制系统技术将斑会日臻完善，具哀有高精度和高可拌靠性、小型化和哎轻量化的汽车数扳字化组合仪表将敖是未来发展趋势澳。败3 课题的国内稗外研究现状唉国外的电动汽车熬的发展历史较长耙，从1834年袄首辆电动汽车诞敖生到1900年埃美国汽车市场上隘电动汽车、内燃奥机汽车和蒸汽机颁车的三分天下，佰国外的电动汽车版有过大规模的生昂产和销售历史，昂组合仪

23、表和相关安的控制电路设计八也较成熟。 俺 扒汽车仪表发展，蔼按其工作原理上爸取得的重大技术巴创新来分经过了拜4代：第1代汽耙车仪表是基于机版械作用力而工作埃的机械式仪表，巴即机械心表；第坝2代汽车仪表的案工作原理基于电拜测原理，即通过案各类传感器将被扮测的电量转换成袄电信号加以测量皑，称之为电气式摆仪表；第3代为疤模拟电路电子式稗；第4代为步进百电动机式全数字盎汽车仪表。目前癌汽车仪表正在经绊历第3代向第4扮代转型时期。般目前国际市场上安汽车电子仪表应叭用主流有三种形靶式：第一种形式啊与国内市场上正吧大力推行的电子盎式汽车里程表和芭电子式发动机转八速表一样，主要矮是对车速里程表哀、转速表电子化

24、懊改造。第二种形背式是所有汽车仪瓣表机芯统一成一安种结构的步进电扒机，所有的传感邦信号经AD转芭换后，由中央处埃理器CPU运算懊处理后发布指令颁，使各步进电机绊运转，实现仪表安指示功能，由于氨该过程是全数字芭化的，因而它不颁仅指示精度高，挨加上合适的软件暗还能实现自诊断拜功能。第三种形拌式即是信息管理扒系统，也是国际氨汽车电子仪表的哀发展趋势。瓣我国汽车仪表的肮发展随汽车工业敖一道，自50年敖代创业起步。而蔼我国对于电动汽坝车的研发，则开扒始于20世纪8鞍0年代，承担的澳单位主要是高校哀和科研院所只有斑部分企业涉足这爱一领域，大部分般开发的属于功能跋样车。目前，市柏场上虽有一部分爸电动汽车上市

25、，哀但还需要市场和疤时间的检验。因般此，国内的电动埃汽车组合仪表的凹开发工作尚处于般起步阶段，生产办与发展速度缓慢霸，处于电子式和案数字式相结合的吧发展阶段，正在暗逐步向全数字式把方向发展。颁 般二 控制电路笆的系统设计背1 组合仪表的柏总体结构设计霸 懊汽车拜组合仪表通常由鞍以下几部分组成扳：车速表、里程熬表、转速表、水哀温表、油量表、颁照明系统、报警跋指示系统等。本办设计是基于电动隘汽车，其绊组合仪表板上主摆要显示的信息有癌：电机转速、车班速、行驶的总里耙程和临时里程、搬电机电流、蓄电巴池电压、荷电状靶态以及各种指示阿灯和报警信号。柏因而，汽车仪表扮系统由各种信号凹采集模块、处理般与控制模

26、块、驱凹动电路、显示模盎块和电源模块组胺成(各主要功能肮模块的结构框图绊如图2.1所示爸)。其中，采集把模块负责采集电稗动车行驶时所关败心的各种工作状芭态信息参数，即扮仪表要显示的信埃息量；处理与控俺制模块主要负责矮处理经过整形的拔脉冲信号（车速皑、电机转速）、捌各种模拟信号（俺蓄电池电压、制岸动和加速踏板位埃置）（对于内部背没有集成A/D颁转换模块的芯片隘，还要外加相应疤的A/D转换模叭块）以及一些开肮关量信号（如点跋火信号、换挡手挨柄位置信号、组笆合开关信号等）耙送入到主控芯片唉中，由主控芯片八输出相应的控制芭信息驱动对应的啊电路；驱动电路昂主要完成驱动步傲进电机显示车速捌、电机转速，驱巴

27、动LED显示总哀里程和临时里程颁，驱动LCD显背示电机电流、蓄隘电池电压、电流扳和荷电状态；显伴示模块主要对采霸集的信息进行显案示；电源模块则瓣为各模块和控制袄电路的正常工作把提供电能。 该矮设计以Free霸scale公司拜的16位微控制奥器MC9S12搬DG128微主般控制器，通过各爸种传感器对电机佰转速、车速、制败动踏板和加速踏板板位置信号等进挨行测量，通过相八关的信号处理电靶路将脉冲信号、绊模拟信号和开关拔量信号送入MC翱9S12DG1八28中进行计算昂和处理，输出驱碍动步进电机、L笆ED和LCD，隘从而实现相关信俺息的蔼实时显示。盎 拌 懊图 2.1 佰 纯电动车组版合仪表的系统结靶构

28、图岸2 系统的功能隘和要求扒该设计中的汽车澳组合仪表和相应笆的控制电路，用翱于显示和记录汽爸车行驶过程中的碍各种状态信息，叭具体应当实现的颁功能如下：霸 1）以CAN跋通信的方式获取稗动力电池管理系摆统的信息（电池斑的SOC、电池俺电压和电流）和把电机电流等信息肮，并传送给LC啊D屏进行显示；碍 2）用步进电叭机带动表盘指针拌实时指示汽车行安驶过程中的电机蔼转速和车速两路皑信号；扳 3）用数码管把显示汽车的总里胺程和临时里程。拌其中，累计总里矮程具有记忆功能板，临时里程可以艾被随时清零。分皑别选用合适的数俺码管位数来显示伴累计总里程和临唉时里程；版4）应具有掉电坝保护功能，以便昂发生掉电时能够

29、鞍及时对数据进行岸存储。电源掉电埃和上电时，表头捌指针可以复位回版零；碍5）系统电源由版车载蓄电池提供搬12V电源；稗6）根据车内照艾明情况，进行仪皑表背光调节。同板时还要指示远光板、雾灯、转向等氨信号。盎7）系统还要求凹有对电机的状态敖进行监测，预留绊故障诊断接口对安汽车的故障进行搬诊断处理：版8）系统要具有耙一定程度的抗干肮扰能力，因此在懊对系统的软件和艾硬件方面进行设拜计时应当充分考哀虑；办9）系统要有良耙好的兼容性，标盎定和检测要方便傲。肮3 系统的硬件颁设计斑 扮（翱1）微处理器的巴选型芭在汽车电子控制半系统中，微处理暗器接收经过输入盎处理电路处理的扮信号，然后计算哎并控制所需的输吧

30、出值，按照行驶办状况的要求适时矮地向执行机构发笆送控制信号。目捌前，在ECU中坝，所采用的微处哎理器多数是8位皑和16位的，只敖有极少数采用3百2 位的。出于哎安装空间和仪表安板的简洁性考虑熬，微处理器的体百积应当尽量小：伴同时，对仪表的胺实时性和准确性爸的要求，微处理阿器要有一定的运拔算速度和精度。搬本设计主要是应摆用在电动汽车上拜，属于新型产品按的开发和应用，拌因此对于汽车上般相关信息的采集版以及控制等性能靶要求较高，故拟隘采用Frees盎cale公司的捌16位微处理器邦MC9S12D胺G128。MC肮9S12DG1吧28是Free伴scale H暗CS12系列单氨片机，其主要参拜数和功能

31、模块如挨下：128K的碍闪存、8K的挨、的爸、凹个通道位翱转换器、懊控制器、伴兼容协议翱以及定时器/计跋数器通道和键盘稗中断、和阿通信接口伴、输入捕捉、输跋出比较与扳。氨 芭（2）电源电路矮和掉电保护电路皑的设计罢系统的电源来自肮汽车上的电瓶，懊而汽车电瓶的电爱压是+12V。安本系统需要两路疤电源供电：12奥V电源和5V电搬源。12V主要皑用来为一般的各捌种信号指示灯和凹报警灯以及背光摆灯提供电源，5罢V电源主要对微矮处理器及一些外疤围电路和功能芯班片（如LED数邦码管显示、LC背D液晶显示、步肮进电机驱动芯片伴等）供电。因此唉，为了获得所需安的+5V电源，半需要采用电源转拔换芯片进行电平艾转

32、换得到。本设八计中，选用的电哀源转换芯片为L吧M2940，其邦输入电压的范围靶为6.25V爸=VIN=2懊6V，输出电压靶的精度较高，误疤差在5%以内，艾稳定性好。该芯奥片具有反向电源盎保护功能、限制哀内部短路电流以爸及产品的增强型胺测试功能；电源芭电路的硬件电路斑图如下图2.2哀所示：输出电压颁为5V。此外，矮为了降低输出电按压的纹波和EM把I噪声，电路也爱可附加相关的处绊理模块，进行滤蔼波和抗干扰处理岸。笆 埃 图 2.2 笆 电源八电路颁图中的二极管D伴11的作用是防疤止输入电压接反癌，对电路起反向哀保护作用；稳压皑二极管对电路进澳行过压保护；电矮解电容对输出的罢电压进行滤波。隘为了防止

33、系统在案正常工作时，由胺于电源和其他故袄障而导致电路突艾然断电，使得系拜统来不及保存相巴关的数据而导致敖数据丢失。因此办，需要附加掉电碍保护电路，使得昂掉电时能及时存半储里程信息，同罢时车速表、转速霸表的指针回零。霸为此，电源的输懊入端必须接入较扮大容量的电容，哀可以使用一个1笆000uF的电巴解电容，也可以版使用两个470皑uF的电解电容俺。本设计采用两巴个470uF的班电解电容，电源耙断开时会在单片拔机的一个引脚产挨生一个外部中断癌信号，大的电容罢可以维持单片机昂电源足够长的时捌间，使得单片机胺可以完成内部数翱据的存储和外部八中断服务程序。疤本设计拟采用M耙C34064电艾压监控芯片，该绊

34、芯片的功能是：昂系统正常工作期笆间，当电源电压皑突然由高电压下爱降到足够低的电吧压时，可产生一氨个复位信号，将哀此复位信号作为板外部中断信号接扮入单片机引脚，阿触发单片机的外版部中断引脚产生八中断，进行转入皑中断服务程序进白行相关的处理。邦它与单片机的接八口电路图如下所百示：板 稗 图 2安.3 MC3柏4064的电压碍监控电路工作图肮由以上分析可知绊，掉电保护电路拜图如下图所示：胺 按 斑 绊 安 唉图 2.4 岸 掉电保护电坝路鞍（3）输入脉冲按信号调理电路的扮设计爸车速信号和转速罢信号是通过传感奥器从汽车电动机盎和车轮相关位置白取出。多以非接罢触方式获取。如埃用霍尔、电涡流案等传感器获取

35、，肮本设计所对应的板传感器类型为霍摆尔传感器，车轮伴每旋转一周将会半产生一个脉冲。岸来自传感器的脉袄冲信号输入到单扒片机定时器模块班的管脚，使用输捌入捕捉功能，为败改善波形，在输柏入捕捉管脚外增碍加处理电路。包艾括车速脉冲信号盎和转速脉冲信号摆处理。其调理电版路图如图2.3拌所示：矮 扮 扮 哀 艾图 2.5 按 车速、电机邦转速信号调理电靶路捌由图可知，当车皑速、电机转速的扒输入信号为低电艾平时，D29、盎D30两个二极敖管导通，则单片版机接收到的为低败电平；当车速、吧电机转速输入信叭号为12V高电阿平时，此时D2碍9、D30两个把二级管截止，此唉时单片机接收到熬的电平信号为电奥阻R23、R

36、2案6上的分压，即袄：芭V=罢Vin * R案23/(R21疤+R22+R2安3)=12V 八* 47/(1安0+60+47跋)=4.82V八为高电平，从而鞍将车速及电机转按速信号转换成单俺片机所能识别的扳逻辑电平信号。板同时，此设计可把对干扰信号起到搬较好的抑制作用岸。案（4）步进电机耙驱动模块的设计埃步进电机是一个拌将电脉冲信号转凹换为角位移或线拌位移的机电式数安模转换器，步进靶电机的工作原理隘是建立在被励磁笆的定子电磁铁吸斑引可选转的衔铁爱产生转矩而旋转耙，即靠磁铁引力笆作用把电磁能转白换成机械角位移耙f211。在非傲超载的情况下，凹电机的转速、停凹止的位置只取决靶于脉冲信号的频柏率和脉

37、冲数，而蔼不受负载变化的败影响，即给电机隘加一个脉冲信号八，电机则转过一瓣个步距角。脉冲罢的个数决定了转吧角的大小，而脉叭冲的频率决定了霸电机的转速。这佰一线性关系的存巴在，加上步迸电肮机只有周期性的斑误差而无累积误罢差等特点。使得扳在速度、位置等隘控制领域用步进坝电机来控制变的板非常的简单。一爸般步进电机可分按为二相、三相、叭四相和六相。霸该模块以仪表指昂针的形式动态地巴向驾驶员提供车肮辆运行时的两个敖重要参数：车速办和电机转速，使唉信息的显示更加百直观、具体。因碍此，该模块能否版准确稳定地工作坝关系到汽车仪表摆盘的整体性能。伴本设计采用伟力巴驱动技术有限公板司的VID66翱-06步进电机搬

38、驱动芯片和汽车昂仪表用步进电机班VID29-0俺5。 VID叭66-06是一巴款专为驱动步进碍电机而设计的C凹MOS集成电路班，每个驱动芯片办可同时驱动四路傲电机。在驱动芯白片的频率控制端懊输入脉冲序列F皑(scx)，输邦出端可以控制步澳进电机的输出轴爸以微步转动，每半个脉冲对应电机拜输出轴转动1/鞍12度，最大角柏速度可达600癌度/s。该产品澳适用于相位差为巴60 度的两相昂永磁仪表步进电耙机。其特点有：板以微步驱动；简爱单易用，每个电拜机只需速度F(案scx)和方向拜（CW/CCW暗）两个控制端；柏所有输入脚都有鞍干扰过滤器；款邦工作电压；低电白磁干扰辐射。 般 VID29-鞍05步进电

39、机是阿伟力公司的VI佰D系列步进电机班，其可以工作于阿5芭叭10V的脉冲下颁，最大消耗电流半为20mA，内啊置减速比180百/1的齿轮系，叭输出轴的步距角跋最小为112捌 度，最大角速白度为600度/搬s，其一个整步巴的步距角为18拔0 度，每一个班整步分为3个分阿步，其微步的工霸作方式将每一分懊步再细分成四步吧走完，即将电机案每相绕组的电流办分为四个台阶投熬入或切断。每一暗个微步的步距角芭为15度，绕组岸的电流波形为一坝正弦阶梯波澳。搬可采用分步模式扒或微步模式驱动埃。碍它具有如下优势坝：精密微步技术跋、旋转平稳精确拜、低功耗、宽工胺作电压、动静扭拌力强劲、降噪抗芭震性能好和较好安的环境适应

40、性。拜由于其布距角很艾小，因此可以将碍数字信号很准确矮地转为模拟的显矮示输出，但同时巴，微小的脉冲干安扰很容易引起仪笆表指针的抖动，盎因而如何防抖使坝电机正常稳定地班工作，成了此设爱计的一个难点。版为此，可以推荐敖采用两点技术：邦 第一：把在信号的输入端肮增加了防抖技术凹，并上挨22胺把F熬和颁0.1昂搬F隘的电容。班 第二：般在信号的输出端啊增加防抖技术，败在步进电机的四扮个引脚并上四个百0.1袄吧F 唉的电容。皑从而可使信号的矮输入端和输出端案进行滤波，防止阿外部干扰，保证傲信号能准确稳定扒的传输。案该步进电机驱矮动芯片的应用原败理图如下所示：叭埃图 2.6 氨 VID66-昂06的典型应

41、用昂原理图八 埃由于本设计中只芭采用两路步进电伴机，故只需选择蔼其中的两个来显唉示汽车的车速和哎电机转速，本设按计拟采用A、C霸两个端口驱动步耙进电机。百（5） LED奥驱动模块的电路跋设计柏 LED因其体坝积小、耗电量低哎、使用寿命长、稗亮度高、热量低啊和环保等优点，挨被广泛应用于许拜多领域。并联L案ED工作方式因背其在电源功率应哎用方面效率较低伴，且其中任何一八个LED发生故笆障，都不会影响按其他LED的正疤常工作，所以可肮以获得高稳定性傲。本系统拟采用白8位8段LED蔼数码管来显示汽百车行驶时的总里颁程和临时里程信耙息。其中前五位伴显示总里程信息靶，后三位显示临袄时里程信息。袄本设计采用

42、MA背X7219/7跋221 LED八显示驱动芯片驱搬动数码管进行显白示。MAX72凹21采用3线串氨口传送数据，占搬用资源少且硬件拌简单，只需一个扒外部电阻既可以芭方便的调节LE柏D的亮度（本设熬计采用固定阻值笆电阻）；可以灵凹活地选择显示器熬的个数；用户自百己可以根据情况百，选择进行译码扒显示或不译码显熬示；内含硬件动埃态扫描控制，可扮设置低功耗停机百方式。其工作原半理如下图所示：按SEGA-SE昂GG和DP分别耙为LED七段驱扮动器线和小数点蔼线，供给显示器袄源电流；DIG版0-DIG7为办8位数字驱动线百，输出位选信号拔。DIN是串行鞍数据输入端。在矮CLK的上升沿胺，一位数据被加扳载

43、到内部16位胺移位寄存器中，爸CLK最高频率袄可达10MHZ隘，在输入时钟的碍每个上升沿均有八一位数据由DI扳N端移入到内部搬寄存器中；LO挨AD用来装载数罢据，在LOAD俺的上升沿，16啊位串行数据被锁伴存到数据或控制伴寄存器中，LO胺AD必须在第1疤6个时钟上升沿耙的同时或之后，百在下一个时钟上熬升沿之前变高，搬否则数据将会丢俺失。其应用电路挨图如下图所示：皑 邦 摆图 2.7 罢 MAX721盎9/7221的拌典型应用电路笆 爱由驱动芯片MA碍X7219/7爸221的应用原捌理图，设计的L疤ED驱动电路图稗如下图所示： 靶 傲 翱图 2.8 胺 LE颁D驱动电路傲（6）LCD驱败动模块的

44、电路设摆计拜 艾LCD 液晶显爸示器是 Liq艾uid Cry哀stal Di翱splay 的般简称，LCD 拔的构造是在两片拌平行的玻璃当中胺放置液态的晶体柏，两片玻璃中间啊有许多垂直和水靶平的细小电线，皑透过通电与否来隘控制杆状水晶分傲子改变方向，将挨光线折射出来产芭生画面。液晶是搬一种介于固体与胺液体之间，具有吧规则性分子排列跋的有机化合物。奥在不同电流电场澳作用下，液晶分扒子会做规则旋转鞍90度排列，产瓣生透光度的差别巴，如此在电源O百N/OFF下产埃生明暗的区别，盎依此原理控制每扮个像素，便可构吧成所需图像。液挨晶因其低压微功昂耗、显示的信息扳量大、为被动显哎示型、易于彩色吧化等优点

45、，而被按广泛应用作一种笆显示工具。矮本设计中，利用隘液晶主要来显示绊电机电流、蓄电扮池电压、电流和哀荷电状态信息。瓣由于显示的信息绊量较少，故采用芭较小的LCD点蔼阵式显示屏（如盎要显示其他的信跋息，可适当增加埃点阵式LCD的佰行、列数）。昂综合考虑，本设拜计拟采用HT1癌621B LC佰D驱动器和相应蔼的LCD显示屏吧。HT1621碍B是32x 4安点、内存映像和半多功能的LCD伴驱动器。HT1蔼621B内嵌2俺56KHzRC暗振荡器、可外接稗32KHz晶片搬和256KHz岸频率源输入，内拜嵌时基发生器和凹看门狗定时器、癌节电命令下可降疤低功耗。同时，百HT1621B艾的软件配置特性矮、可以

46、配置成1哎/2或1/3的隘LCD驱动器偏吧压和2、3、和懊4个公共端口，俺这使它适用于多坝种LCD应用场霸合，包括LCD捌模块和显示子系稗统。HT162柏1B的内部结构蔼和引脚图如下图按所示：八 吧 埃 罢 图 肮2.9 爸HT1621B摆的方框图巴微处理器与HT八1621B驱动稗芯片之间采用S邦PI串行通信技坝术，利用串行接瓣口技术简化了模般块和微处理器间搬的布线，大大提佰高了模块和仪表捌系统的线束和数胺据传输的可靠性败，同时降低了成佰本。此方案，对爸于液晶生产厂家班的设计和工艺有板一定的促进。由背于采用接口技术搬，使得汽车组合敖仪表使用液晶面半板显示的技术方懊案，克服了汽车袄仪表运用液晶驱

47、瓣动技术中遇到的唉布线困难、可靠傲性低和寿命低等柏一系列缺陷。串巴行通信技术（S罢PI）的合理应捌用可以降低部件颁（整车）线束复捌杂度，提高可靠肮性和工艺性。由伴于采用了模块化鞍技术、串行接口疤等技术和工艺，绊液晶模块的综合翱技术优势非常明按显，可作为高档肮的配置方案在汽背车行业内得到一胺定程度的应用。傲本设计该模块的笆电路图如下所示案：颁 芭 图 2.10隘 LCD驱疤动显示电路坝（7） CAN鞍通信模块的电路板设计案 叭CAN颁把Control癌ler Are扳a Netwo罢rk 袄巴是20 世纪B爱OSCH 公司爸开发的解决现代矮汽车众多的控制绊单元、测试仪器拌之间的实时数据败交换而开

48、发的一扮种串行数据通讯扳协议，是一种支翱持分布、实时控案制的串行通信总懊线网络，其基础哎是无破坏性仲裁耙机制，使得总线扳能以最高优先权罢访问报文而没有蔼任何延时。其最背大传输速率可以阿达到lMbps碍(40m)澳。由于CAN 板总线卓越的特性碍、极高的可靠性吧和独特的设计，按适合工业设备内叭的模块间数据互耙连。因此在机器盎人内部各模块（绊通信模块、主控蔼制模块、运动控熬制模块、导航模芭块、环境监测模皑块等）之间设计盎采用CAN 总癌线通信。白CAN属于总线翱形式串行通信网暗络，采用了许多佰新技术及独特的矮设计。CAN邦总线的数据通信碍具有高稳定性、罢高灵活性、高可岸靠性的特点。一捌个由CAN总

49、线搬构成的单一网络八中，理论上可以佰挂无数个节点。颁实际应用中，节懊点数目受网络硬埃件的电器特性所皑限制。拔CAN 哀总线有很多特性案：哎 采用了肮双线差分信号。背通信协议本身对般节点的数量没有蔼限制，而且总线八上节点的数量可摆以动态改变。班 广播发吧送报文的形式，扮即报文可以被所鞍有的节点同时接叭收。啊 多主站挨结构，各节点平柏等，优先权由报瓣文盎ID 昂所决定。癌 每个报芭文的内容通过标摆识符，标识符在班网络中是唯一的矮。伴 具有一稗套复杂的错误检肮测与错误处理机蔼制，如爸CRC背检测、接口的抗矮电磁干扰、错误哀报文的自动重发凹、临时错误的恢矮复以及永久错误翱的关闭。八 采用了挨双绞线作为

50、总线翱介质，传输速率翱可达奥1Mbps,把总线长度靶=40 拔米。叭 采用了摆NRZ 俺与位填充的位编绊码方式，减小了按报文的误码率。癌系统内 绊CAN 凹总线结构拓扑图艾：暗 颁 岸 图 2.11爱 CAN总线邦结构拓扑图翱 皑 柏对于本设计，由挨于所选取的微处鞍理器MC9S1摆2DG128内挨部集成了3个C蔼AN模块，符合爱CAN2.0A佰/B协议标准，百故外围只需连接版CAN收发器即隘可。本设计拟采肮用高速CAN收唉发器MCP25叭51.MCP2艾551是一个可矮容错的高速CA巴N器件，可作为埃CAN协议控制稗器和物理总线接半口。MCP25颁51可为CAN傲协议控制器提供艾差分收发能力，

51、艾它完全符合IS安O-11898鞍标准，包括能满拜足24V电压要佰求。它的工作速把率高达1耙 Mbps.它哀还具有上电复位昂和电压事件欠压拜保护、自动检测袄TXD输入端的埃接地错误功能，鞍可连接的节点数拜高达112个，吧未上电的节点和叭欠压保护不会影瓣响CAN总线，安采用差分总线、霸具有很强的抗噪柏特性。其内部结摆构框图和测试电奥路如下所示：敖图 2.12扒 MCP扮2551的内部阿结构框图罢图 2.13 吧 MCP25奥51的测试电路芭 由MC9S1艾2DG128和岸MCP2551斑的结构和电气特案性可知，CAN拔通信模块的电路岸图可按照下图所挨示进行设计：挨 耙 半 拌 鞍 艾 芭图 2.

52、14 盎 CAN通信模八块的电路拔（8）故障诊断版电路的设计扳 扳随着电子技术的靶发展，大量电控柏单元在车辆上使扮用，这一方面使癌得汽车的使用性版能有所提高，另胺一方面也使得检叭测和维护越来越澳复杂。若不能及版时有效的检测出坝汽车上的故障，背汽车的性能将会八恶化，使用寿命癌将会降低，同时袄对行驶的安全性柏和舒适性带来一拔定的影响。车辆爸故障诊断就是顺爸应这种形式的要半求出现的，诊断扒设备一般通过专扮用诊断接口与车安辆总线进行数据鞍交换。诊断设备伴由第三方开发，疤并符合SAE标肮准规定，诊断口板主要完成诊断设板备与车辆ECU昂通讯信号转换。熬由于车辆使用环百境的特殊性，通埃常ECU的标准跋串行通

53、讯口不能捌满足使用要求。肮为此，本设计拟疤在电控ECU的吧基础上，在电控板系统诊断平台上颁，对汽车进行故扒障诊断。根据S拔AE规定的OB白D标准，车辆行版业使用K、L线瓣制进行诊断或标拜定。通过K线对爱某个控制单元进啊行查询，通过K巴线、测试仪和控稗制单元可进行数拔据交换，即通过绊K线数据被双向扮传送。最近生产半的车上都装有K奥线。而L线则是案用来对控制单元伴进行查询的导线暗，此线在目前生傲产的车辆中已不邦存在。同时，由摆于串口的普及，拜K线实现起来更哀容易。而逻辑电艾平的改变，只需拜要转换电路。因巴此，本系统采用败K线的通信方式柏。由于K线只是癌一根线，PC机办与控制单元都要扒向对方发出信息

54、艾，故为半双工串坝行通讯。爱K线通讯主要有拌以下特点：白1）工作电压范柏围伴8 V按靶18 V;爱2）使用环境温八度为皑- 40 班霸摆125 般把;伴3）与单片机颁CMOS 半电平无缝连接鞍;挨4）具有对地线哎短路保护敖;版5）最大传输速扒率超过哀50 K;拔6）支持大电流敖;耙7）抗扒8. 0 kV埃 懊静电保护懊;挨8）工作时电源霸电压无电流输出唉。昂9）双方采用半唉双工异步串行通叭讯白为了保证准确、颁可靠数据通信，办ECU和K线必拌须都有正确的电柏平，由于K线电佰平和常用的串口傲电平不一致。因霸此，必须设计专俺门的K线接口电拌路，以满足车辆碍K线诊断的要求伴，常用的MC3傲3290与M

55、C白U的接口电路如斑下图所示：熬 癌 皑 图 板2.15 稗电控单元与K线芭接口电路佰一般情况下，采碍用上图MC33拔290接口芯片俺对汽车进行进行半故障诊断。本设绊计借鉴了MC3傲3290的接口隘电路，采用TL板E6258接口靶芯片对汽车进行半故障诊断。单线坝收发器TLE6唉258在协议控八制器和物理总线摆之间起到接口的扳作用，它特别适半合在汽车LIN安系统中驱动总线暗，而且它可以被爱用在标准的IS版O9141系统矮当中。T办l安E6258提供唉一种等待模式，把它可以降低电流矮消耗；一个由总罢线信息所引起的叭唤醒状态将使R懊xD引脚输出低佰电平，直到设备埃转换到正常工作按模式。TLE6搬25

56、8-2是专爱门为承受汽车使暗用时的恶劣条件蔼而设计的。它具疤有以下特点：氨1）单线收发器罢，适用于LIN凹协议；埃2）与LIN协按议1.2,1.绊3和2.0兼容伴；斑3）与ISO9凹141功能相兼稗容；坝4）数据传送速吧率可以达到20芭K；般5）在等待模式伴下，有很低的电邦流消耗；靶6）来自总线的艾唤醒功能；八7）对地和电源案的短路保护；佰8）过温保护功坝能。矮其进行故障诊断皑的原理图如图2把.16所示：暗 肮 拔 八 袄 斑 霸 扳图 2.16 罢 故障诊断原碍理电路肮由上述可得，故哎障诊断电路如下吧所示：拔 邦 皑 扒 般 摆图 2.17 败 故障诊断电白路鞍4 系统的软件安设计蔼（1）

57、软件开扒发工具介绍霸本设计采用的是拔Freesca八le公司的Co半deWarri芭or软件，Co瓣deWarri案or Deve碍lopment熬 Studio鞍（开发工作室）板是完整的用于编埃程应用中硬件b拜ring-up蔼的集成开发环境凹。 采用Cod挨eWarrio靶r IDE，开拜发人员可以得益阿于采用各种处理版器和平台（从M般otorola百到TI到Int耙el）间的通用般功能性。斑CodeWar袄rior包括构澳建平台和应用所按必需的所有主要百工具 - ID班E、编译器、调办试器、编辑器、爸链接器、汇编程耙序等，满足大多稗数嵌入式开发项瓣目的工具需要。袄另外，Code稗Warri

58、or蔼 IDE支持开哎发人员插入他们靶所喜爱的工具。皑它是一个单一的耙开发环境，在每岸一个所支持的平耙台上，性能及使斑用均是相同的。搬在CodeWa哎rrior I佰DE开发平台下吧进行微处理器的案选型和相关接口跋的定义（本设计氨采用HCS12斑系列CPU），巴经过编译和链接啊后，即可生成项办目文件，从而进盎行软件程序的编皑写，最终生成可败执行文件。然后邦使用BDM和P熬&E来下载程序爸，把编译好的程版序下载到单片机挨里调试运行，检矮验实验结果并进伴行论证。班（2） 系统软跋件的总体设计思啊路伴系统程序有主程白序和子程序。主爸程序显示整个系敖统的算法流程；熬子程序负责各个爸功能模块的显示伴和驱

59、动。程序的版设计应按照软件绊工程的相关规则败和步骤来实现的瓣，采用结构化、哎模块化的程序设哎计方法，对整体肮功能进行划分，般确定主从程序的半模块组成以及这吧些模块之间的联办系，明确各个模巴块的功能、处理奥过程和数据流等拜。芭本设计中软件部板分的应实现的主叭要功能有：车速半、电机转速脉冲霸信号的采集，驾扒驶踏板、制动踏艾板位置和背光调俺节等模拟信号的埃采集，档位、电搬机故障、门开报暗警等开关信号的蔼采集和处理，步按进电机驱动，L八ED的驱动显示伴和LCD的驱动扳显示等。所用到笆的单片机模块有斑：A/D转换模懊块、ECT模块爱、PWM模块、盎模块、定哀时器/计数器模熬块、SPI模块搬和通信模鞍块等

60、。般微处理器的相关摆模块和引脚在主般程序文件生成时败，就已经由软件柏初始化了，包含把在 PE_lo吧w_level肮_init()按；中，因此只需岸要将微处理器和鞍一些外围驱动芯八片的初始化放在蔼main函数的凹for循环之前板进行。对各驱动罢芯片的子程序，拜如里程信息的读百取、发送和显示氨；SPI发送临阿时里程信息和L俺CD显示信息；笆SCI查询、收吧发汽车的故障信傲息；A/D转换稗，输入输出口的隘控制；总里程信板息的Flash隘擦写程序；车速把信息的捕获、步巴进电机的步进的版脉冲计数、CA拌N通信的定时发昂送以及掉电时总芭里程信息及时存爸储，则采用中断哎处理程序来实现跋，分别在相应的傲中断