基于NEC電子的汽車儀表盤專用器件ASSP CAN3+系列的解決方案

引言

關(guān)于汽車儀表盤的專用芯片，中國汽車電子行業(yè)由于起步較晚，直到2004年前后，市場上仍然幾乎沒有專用于儀表盤的芯片。很多客戶采用的表盤方案往往是一顆普通的芯片，一顆步進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動芯片以及一顆LCD的驅(qū)動芯片組成。對于具有較高安全性保障要求的汽車電子產(chǎn)品，這樣的情況從極限溫度和電磁抗干擾這兩個方面來考量，只是一個沒有專用的汽車級芯片情況下的無奈選擇。

NEC電子從1995年開始向市場提供專業(yè)的系列芯片：CAN ASSPn。從最早的μPD780852到后來μPD780828（根據(jù)客戶的需要，分別提供掩膜和flash版本的芯片）。本文以國內(nèi)中、低端汽車儀表盤的系統(tǒng)構(gòu)成為主要對象，介紹了基于NEC電子汽車儀表盤領(lǐng)域的專用芯片--μPD78F0822的系統(tǒng)設(shè)計。

在目前的中國市場中，一般中、低端的汽車儀表盤會有如下配置：
4個步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動的顯示表：車速表、轉(zhuǎn)速表、燃油表、水
溫表→通過0822芯片中集成的4個步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動來實 現(xiàn)對儀表指針的控制。
LCD顯示：大、小里程→通過0822芯片中集成的LCD驅(qū) 動可以實現(xiàn)最大136段的顯示。
蜂鳴器→用于產(chǎn)生各類不同的報警聲諸如：安全帶未系、未鎖車門等。
各個功能顯示小燈→通過MCU的I/O口來實現(xiàn)對客戶所 需要的報警燈的控制。

在系統(tǒng)設(shè)計中以這四個模塊為主要對象，說明該方案的功能實現(xiàn)、資源利用以及控制方法。
系統(tǒng)設(shè)計
在NEC電子(中國)有限公司上海分公司設(shè)計的解決方案中，使用了CAN總線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、對步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動以及對信號燈的驅(qū)動等。當(dāng)然，根據(jù)客戶的不同需要，也可以提供線束的方案。圖1是CAN3+Demo的系統(tǒng)框圖以及該系統(tǒng)中用到的CAN3+微控制器外圍模塊。

單片機(jī)接收由CAN總線發(fā)送來的數(shù)據(jù)，主要包括車速、轉(zhuǎn)速、油位、溫度、里程、損壞程度以及各種指示信號。單片機(jī)根據(jù)接收到數(shù)據(jù)的實際情況來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)從而使指針到達(dá)指定的位置。如果汽車損壞大于設(shè)定的值，則由蜂鳴器發(fā)出報警信號。如果接收到指示信號，則點亮相應(yīng)的背光指示燈。為防止里程丟失，在程序運行過程中及時保存里程值。

儀表盤從CAN總線接收到的數(shù)據(jù)是由另外一塊Demo板提供的，該Demo板把采集到的與儀表盤相關(guān)的數(shù)據(jù)每隔10ms向儀表盤發(fā)送一次。

四個儀表的功能定義
1、車速表：采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；車速最大量程為200km/h，最小分度為5km/h，車速信號從CAN總線傳過來。車速表指針響應(yīng)時間及時。當(dāng)汽車速度平穩(wěn)變化時，車速表指針運動平穩(wěn)。在任一恒定速度下，指針擺動范圍不超過1km/h。
2、轉(zhuǎn)速表：采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；轉(zhuǎn)速最大量程為8000r/m，最小分度為200r/m，該信號從CAN總線傳過來。轉(zhuǎn)速表指針響應(yīng)時間及時。當(dāng)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化時，轉(zhuǎn)速表指針運動平穩(wěn)。在恒定轉(zhuǎn)速下，在任一恒定轉(zhuǎn)速下，指針擺動范圍在70r/m以內(nèi)。
3、燃油表：采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，信號從CAN總線傳過來。指針表示燃油箱中估計的燃油量。
指示圖上：E--燃油箱空；F--燃油箱滿。
4、水溫表：采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，信號從CAN總線傳過來。
儀表控制器/驅(qū)動器
儀表控制器/驅(qū)動器可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，從而控制外部儀表或者十字線圈。主要有以下幾個功能：
可以設(shè)置8位精度的脈寬
具有1位附加功能的8+1位精
度的脈寬
可以同時驅(qū)動4個360° 類型的
步進(jìn)電機(jī)
圖2是儀表控制器/驅(qū)動器結(jié)構(gòu)圖。

步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格說明
所使用的步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格如下：
工作電壓： 5V～10V
線圈電阻： 280Ω
消耗電流： 15mA
啟動頻率： 160Hz
最大驅(qū)動頻率： 600Hz
為了使電機(jī)運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，減少工作噪音，本設(shè)計中采用了細(xì)分技術(shù)，用更精密更接近正弦波的脈沖序列來驅(qū)動電機(jī)，使電機(jī)獲得小腳度的微步步進(jìn)(如圖3)。

LCD顯示
LCD部分主要顯示里程累計和里程小計。
里程累計
里程累計顯示總里程(0~999999km)，當(dāng)它達(dá)到最大讀數(shù)(999999km)時，則保持此值。
如果電池電壓被斷開，為了防止里程累計的值丟失，微控制器每兩公里更新一次當(dāng)前里程并保存在EEPROM中。如果電池電壓斷開，最大累計公里丟失值為+1km，如果發(fā)現(xiàn)存于EEPROM中的值有誤，"Error"將取代里程累計顯示。
里程小計
里程小計顯示在LCD的右邊，它顯示的是從上次里程小計清零后或電池電壓斷開后的行駛總里程。它的工作范圍是從0～999.9km，精度為0.1km，內(nèi)容只保留在RAM中。
信號燈控制
在本設(shè)計中，信號燈采用端口控制。共設(shè)計了24個信號燈，包括轉(zhuǎn)向燈、車門開燈、停車燈等等。
軟件處理
主程序流程圖見圖4。
步進(jìn)電機(jī)控制程序見圖5。

CAN控制器的功能
通過0822的資源，可以通過CAN接口或線束實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸并完成對馬達(dá)、指示燈、LED的控制。

結(jié)語

NEC電子的汽車儀表盤專用芯片從以下兩個方面為客戶帶來了優(yōu)勢：
1.專用的汽車級芯片為極限溫度和抗電磁干擾提供保證，從而大大提升了產(chǎn)品的安全性。
2.在芯片中集成了步進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動和LCD的驅(qū)動，為客戶提供了便利：一顆芯片集成了過去三顆芯片的功能，為客戶節(jié)省了系統(tǒng)成本；在客戶布板時節(jié)省了空間，同時降低了電磁干擾。
隨著汽車網(wǎng)絡(luò)化作為汽車電子不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，儀表盤作為車載網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，與車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊、交換數(shù)據(jù)的需要不可或缺。NEC電子這款帶CAN通道的μPD78F0822芯片，使儀表盤作為一個節(jié)點可以通過車載網(wǎng)絡(luò)發(fā)送/接受命令。同時，CAN通道的介入也可以使儀表盤成為諸如KWP2000中的一個節(jié)點，從而被列入汽車維護(hù)中的一個項目；CAN本身作為一個串口的模式，對需要使用自編程模式來進(jìn)行程序更新的客戶又提供了一個選擇。