PIC16C72A在汽车智能仪表中的应用

1 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：

 
图1 汽车电子智能仪表原理框图

    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：

 
图2 主程序流程图

    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。