基于单片机的车用数字仪表的设计与实现(图文)

论文导读：车辆仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面，是车辆安全行驶的重要保证，它直接关系到车辆驾驶的舒适度和安全性，而大多数模拟仪表表头的体积较大，故障率高，增加了用户的经济负担，减小了车辆行使的安全系数。本文介绍了一种以Atmel公司的AT89C51单片机为控制器件，以温度传感器、霍尔元件等为主要外围元件的车用数字仪表的设计。它具有显示直观、准确，使用方便可靠，抗干扰能力强等优点。
关键词：霍尔元器件，AT89C51，I2C协议
 

1 引言

车用仪表作为汽车的一个重要组成部分，使驾驶员能够迅速地掌握行驶信息，及时有效地采取相应操作，保证车辆正常安全工作。目前，在我国汽车电子市场中，70%以上的份额为国外企业的产品，国内企业产品所占市场份额不足30%，绝大部分车辆仪表仍以模拟式为主。由于模拟仪表表头的体积较大、指示内容单一，使得仪表显示系统占用了较大的空间，影响了车辆内饰的美观；另外，模拟仪表故障率高，降低了车辆行使的安全系数，增加了维护费用。现代车辆仪表系统不仅要求仪表耐用、耐振、指示准确、读数方便以及受温度、湿度的影响小，还要求轻巧、舒适、美观并具有良好的互换性。而车用数字仪表恰恰满足了这些要求。本文提出用51系列单片机和新型传感器等对传统车用仪表进行改进的新型数字仪表系统的设计方案。

2 车用数字仪表硬件电路设计

车用数字仪表主要由五个部分组成，即CPU主控制模块、温度采集模块、速度采集模块、E2PROM存储器模块以及LCD显示模块。

2.1 系统总体设计

作为车用仪表，其基本功能即为向用户提供车速、里程、车内温度等信息。从技术上说，其工作流程应为：系统启动时，单片机软件初始化，从0000H开始执行程序，开中断，单片机按工作周期输入霍尔传感器、温度传感器信号并进行处理，计算出行驶实时车速、行驶里程，并开中断，与温度数据一起输出到LCD显示模块AT1602A显示，且将里程信息存储信息到E2PROM存储器中。同时，为减少电磁干扰，采用抗干扰电源、光电隔离等措施保证系统正常稳定地运行[1]。

图2.1给出了基于AT89C51单片机的车用数字仪表系统的框图，本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成。整个系统主要包括：AT89C51控制模块、LCD显示模块TC1602A、温度传感器模块DS18B20、霍尔传感器模块A44E及E2PROM存储器模块AT24C02。其中AT89C51主要完成外围硬件的控制以及信息处理功能；温度传感器完成温度信号的采样及转换；霍尔元件采集汽车行驶的圈脉冲信号；E2PROM存储器模块存储当前里程信息；LCD显示模块TC1602A完成字符/数字转换、驱动及显示功能。

2.1.1系统保护

图2.1 基于单片机的车用数字仪表系统框图

一个稳定而完善的系统离不开一套完整的保护控制方案。这里根据单片机运行特点将其运行中可能出现的故障及相应控制措施列表如表2.1所示。

表 2.1 系统故障及相应措施

故障情况	相应控制措施
市电输入过压(>5V)	由限流电阻和稳压管组成的过压保护电路防止高压进入
CPU受干扰无法正常工作	软件复位、掉电保护
电源受干扰，输出电压不稳定	经型电路滤波，78L05变压后得到稳定电压

2.1.2 控制模块I/O口

AT89C51单片机有3个8位的并行双向口，计有24根输入/输出(I/O)口线；一个全双工串行接口（UART）。本系统中TC1602A用P1.0～P1.7，P3.3～P3.5与单片机通信；DS18B20用P2.0与单片机通信；AT24C02用P2.5，P2.6与单片机通信；A44E用P3.2与单片机通信。

2.2 CPU主控制模块和51单片机系统的扩展

CPU主控制模块主要采用AT89C51单片机完成霍尔传感器的信号采集、温度信号的采集，以及里程信号、速度信号、温度信号的显示工作。基于设计要求，要进行系统扩展。论文大全。

AT89C51系列单片机芯片可构成图2.2所示的三总线结构，即地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）。所有的外部芯片都通过这三组总线进行扩展[2]。

在本系统中，温度、速度及里程信息的实时性要求很高，而一般串行接口器件速度较慢，在需用高速应用的场合，还是并行扩展法占主导地位，所以在本系统中采用以并行方式扩展E2PROM存储器和LCD显示模块。

2.3 LCD显示模块

2.3.1 引脚与内部结构

LCD显示模块主要采用TC1602A字符型液晶显示芯片显示车内温度、车速及里程信息。

TC1602A共有16个引脚，其引脚及功能如表2.3所列。

表2.3 TC1602A引脚功能

TC1602A内部主要由DDRAM、CGROM、CGRAM、IR、DR、BF、AC等大规模集成电路组成[3]。

2.3.2 TC1602A与单片机接口电路

图2.3 TC1602A与AT89C51单片机的接口电路

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