車(chē)用智能數(shù)字儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化102侯文標(biāo)11

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)題目 車(chē)用智能數(shù)字儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 自動(dòng)化10-2班 學(xué)號(hào) 11 姓名 侯文標(biāo) 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：l 功能要求：可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)氣壓、油壓等情況，并在緊急情況發(fā)出報(bào)警信號(hào)的多功能、高精度、高靈敏度、讀數(shù)直觀的智能數(shù)字儀表。l 硬件要求：器件根據(jù)功能要求選擇以單片機(jī)為主控器，以氣壓、油壓、溫度、霍爾元件等傳感器為主要外圍元件，可視化的智能車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)。上述內(nèi)容為基本要求，可按照自己的理解增加功能使之更完善?；疽螅簂 明確課程設(shè)計(jì)任務(wù)，復(fù)習(xí)與查閱有關(guān)資料。l 按要求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)電路，使用計(jì)

2、算機(jī)繪圖，畫(huà)出詳細(xì)的電路接線圖，列出元器件清單。電路圖要求工整、清楚、正確，并標(biāo)明管腳。l 軟件編程必須有流程圖，程序必須加注釋?zhuān)鞒绦蚨蔚拈_(kāi)始要注明該段功能和作用。l 寫(xiě)出體會(huì)和總結(jié)。要求使用B5打印稿或16開(kāi)紙手寫(xiě)，不少于5000字。格式遵照學(xué)校規(guī)定。 主要參考資料：l “單片機(jī)與控制技術(shù)” 楊寧主編，北京航空航天大學(xué)出版社。l “單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)” (修訂版) 周航慈主編，北京航空航天大學(xué)出版社。l “電子技術(shù)應(yīng)用”、“電子設(shè)計(jì)應(yīng)用”、“單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”等期刊l （單片機(jī)和元器件資料）l www.ICBASE.com （元器件資料）l （電子產(chǎn)品世界）完 成 期 限： 20

3、14年1月8日 指導(dǎo)教師簽名： 課程負(fù)責(zé)人簽名： 摘要汽車(chē)儀表是駕駛員與汽車(chē)進(jìn)行信息交流的重要接口界面，對(duì)汽車(chē)的安全與經(jīng)濟(jì)行駛起著重要的作用，近年來(lái)，隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)儀表板上顯示的信息不斷增加，傳統(tǒng)的機(jī)械指針式汽車(chē)組合儀表越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足使用的需要，特別是計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以嵌入式微處理器為核心的智能化數(shù)字式儀表將是汽車(chē)儀表發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文介紹了汽車(chē)行駛過(guò)程中主要參數(shù)的測(cè)量原理，針對(duì)我國(guó)目前微型車(chē)及農(nóng)車(chē)普遍使用的機(jī)械式儀表現(xiàn)狀，尋求一種低成本、高可靠性、采用以嵌入式微處理器為核心的智能數(shù)字式汽車(chē)組合儀表解決方案，不僅能很好地克服了機(jī)械式儀表的無(wú)法回避的缺點(diǎn)，而且具有

4、外形美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、體積小、實(shí)時(shí)性好、功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞 微處理器 汽車(chē)儀表 車(chē)用數(shù)字儀表目錄第1章 引言11.1 課題的背景和意義11.2 本課題研究?jī)?nèi)容2第2章 總體方案設(shè)計(jì)32.1 方案一32.2 方案二42.3 方案論證及確定5第3章 車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)63.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)63.1.1 STM32F103RBT6芯片功能簡(jiǎn)介63.2 信號(hào)檢測(cè)及處理電路的硬件設(shè)計(jì)8 溫度傳感器DS18B20及其硬件接口電路設(shè)計(jì)8 測(cè)速傳感器及其他模擬傳感器103.3 液晶顯示模塊12 液晶顯示模塊okia5110簡(jiǎn)介123.4 電源電路硬件電路設(shè)計(jì)12第4章 軟件設(shè)計(jì)134.1 開(kāi)發(fā)

5、語(yǔ)言簡(jiǎn)介134.2 汽車(chē)數(shù)字儀表系統(tǒng)主控程序結(jié)構(gòu)144.3 顯示流程圖15第5章 全文總結(jié)16參考文獻(xiàn)18致 謝19附錄1 車(chē)用智能數(shù)字儀表原理圖20附錄2 車(chē)用智能數(shù)字儀表程序21第1章 引言1.1 課題的背景和意義由于汽車(chē)排放、節(jié)能、安全和舒適性等使用性能不斷提高，使得汽車(chē)電子控制程度也越來(lái)越高。汽車(chē)電子控制裝置必須迅速、準(zhǔn)確地處理各種信息，并通過(guò)電子儀表顯示出來(lái)，使駕駛員通過(guò)視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)獲取道路和交通狀況等車(chē)外信息的同時(shí)，也可獲得汽車(chē)本身的有關(guān)信息，以便做出可行的判斷， 正確駕駛汽車(chē)。因此，儀表便是駕駛員通過(guò)視覺(jué)了解汽車(chē)狀態(tài)的必備部件之一。目前，汽車(chē)儀表正向“綜合信息系統(tǒng)”的方向發(fā)展，其功

6、能將不局限于現(xiàn)在的車(chē)速、里程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量、水溫、方向燈指示，還可能增添一些功能，比如帶ECU的智能化汽車(chē)儀表，能指示安全系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，如輪胎氣壓、制動(dòng)裝置、安全氣囊等，這對(duì)汽車(chē)儀表技術(shù)提出了更高要求?，F(xiàn)代汽車(chē)正逐步采用ABS、ASR、安全氣囊、發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴射技術(shù)等，各種信息數(shù)據(jù)的處理正在不斷增加，對(duì)所需各項(xiàng)行駛信息的精度和信息種類(lèi)也提出了更高要求，這就需要開(kāi)發(fā)與汽車(chē)儀表同步匹配的、以各種新型材料制成的高技術(shù)、高精度和高靈敏度傳感器，并實(shí)現(xiàn)傳感器與汽車(chē)儀表同時(shí)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和產(chǎn)品配套系列化。目前汽車(chē)儀表有兩種技術(shù)，一是傳統(tǒng)的模擬顯示，目前在中國(guó)市場(chǎng)上應(yīng)用份額還較大，但大多數(shù)用在前期引進(jìn)的車(chē)型

7、或貨車(chē)、微型車(chē)上等；二是數(shù)字式儀表，數(shù)字式儀表采用步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式，所有傳感器的模擬或數(shù)字信號(hào)全部轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字信號(hào)，由中央處理器CPU處理完后，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送到各自的步進(jìn)電機(jī)式指示儀表并使之工作，這種用全數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)的指示儀表精度高、統(tǒng)一機(jī)芯結(jié)構(gòu)成本低。1.2 本課題研究?jī)?nèi)容本課題研究?jī)?nèi)容是基于STM32F103單片機(jī)的車(chē)用數(shù)字儀表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，車(chē)輛儀表是駕駛員與汽車(chē)進(jìn)行信息交流的重要接口和界面，是車(chē)輛安全行駛的重要保證。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)汽車(chē)儀表逐漸被微處理器為核心的電子控制數(shù)字儀表取代已成為必然趨勢(shì)。然而，目前國(guó)內(nèi)車(chē)輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大部分儀表還是模擬式的，而大

8、多數(shù)模擬儀表表頭的體積較大、數(shù)量多，使得顯示系統(tǒng)擁擠不堪，影響美觀；另外一些模擬儀表故障率高，增加了用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，減小了車(chē)輛行使的安全系數(shù)。為克服這些缺點(diǎn)，文中提出用單片機(jī)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件及數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，霍爾傳感器等對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了新型全數(shù)字儀表系統(tǒng)，該儀表系統(tǒng)有顯示直觀準(zhǔn)確、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)、靈巧美觀、成本低等優(yōu)點(diǎn)。題目來(lái)源于工程生產(chǎn)，指導(dǎo)教師對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案、軟、硬件結(jié)構(gòu)等具備一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)理論的掌握也已具備，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)模擬方式，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求的基本功能。設(shè)計(jì)條件及相關(guān)技術(shù)資料已準(zhǔn)備就緒。通過(guò)對(duì)基于STM32單片

9、機(jī)的車(chē)用數(shù)字儀表設(shè)計(jì)要求的分析，經(jīng)切題資料查詢(xún)和調(diào)研工作，首先確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，根據(jù)方案，采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示，經(jīng)信號(hào)檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集及處理等的硬件及軟件設(shè)計(jì)來(lái)完成。其研究?jī)?nèi)容如下：（1）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的總體方案，畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖；（2）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：包括CPU型號(hào)的選擇、檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)、電源電路等；（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序流程圖及主要的子程序流程圖和相關(guān)軟件設(shè)計(jì)。第2章 總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)控制的車(chē)用數(shù)字儀表，此儀表系統(tǒng)要求顯示直觀、準(zhǔn)確，使用方便、可靠，具有信息語(yǔ)音播報(bào)、告警等特點(diǎn)，同時(shí)展現(xiàn)車(chē)用儀表系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和廣闊開(kāi)發(fā)空間。在第一章論述基

10、礎(chǔ)之上，本章主要論述車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的兩種設(shè)計(jì)方案，并將這兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比論證分析，已確定本系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)方案。2.1 方案一方案一是CAN總線式全數(shù)字儀表系統(tǒng)。系統(tǒng)分為CAN通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等幾個(gè)部分。系統(tǒng)作為汽車(chē)CAN總線系統(tǒng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)提取車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量、冷卻水溫度及報(bào)警等各種脈沖、模擬量和開(kāi)關(guān)信號(hào)， 以SM89516A微處理器為控制主體，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理后，送至數(shù)據(jù)顯示模塊，采用數(shù)字式及動(dòng)態(tài)模式LCD液晶顯示，既利用了現(xiàn)代電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使儀表具有多功能、智能和高精度的特點(diǎn)，又照顧到了駕駛員的使用習(xí)慣。與傳統(tǒng)車(chē)用儀表相比，方案一具有

11、以下優(yōu)點(diǎn)：（1）基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求具有高位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。（2）大大減少了車(chē)身布線，并且具有反應(yīng)快，可靠度高的特性，同時(shí)具有較好的擴(kuò)展性，是汽車(chē)儀表數(shù)字化智能化的必然發(fā)展趨勢(shì)。（3）基于信息技術(shù)的車(chē)輛運(yùn)行管理系統(tǒng)，有利于更好地消除行車(chē)中的安全隱患，可以提高行駛的舒適性。（4）增大了儀表顯示的信息量，還便于擴(kuò)充其他功能，滿(mǎn)足了汽車(chē)新技術(shù)包括汽車(chē)電子技術(shù)迅速發(fā)展的需求?；贑AN總線式全數(shù)字汽車(chē)儀表，其系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖2-1。圖2-1 方案一系統(tǒng)框圖2.2 方案二方案二是單片機(jī)控制的車(chē)用儀表系統(tǒng)，該系統(tǒng)是針對(duì)目前廣泛使用的電子式車(chē)用儀表機(jī)心存在多方面不足，在其工作

12、原理上做出的技術(shù)創(chuàng)新，即徹底放棄了普通電子式車(chē)用儀表機(jī)心 “ 動(dòng)磁式”或 “ 動(dòng)圈式”形式，靠電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)指針的工作原理。其系框圖見(jiàn)圖2-2。從方案二框圖可見(jiàn)，其主要組成包含以下幾個(gè)部分：信息檢測(cè)模塊，語(yǔ)音模塊，液晶顯示模塊,單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊等。該車(chē)用智能儀表與普通電子式車(chē)用儀表相比，其技術(shù)性能有質(zhì)的提高，主要體現(xiàn)在方面。（1）指示精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（2）重復(fù)性好，分度均勻。（3）響應(yīng)速度快、無(wú)抖動(dòng)。（4）產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性有根本保證。（5）適用范圍廣，基本上能滿(mǎn)足所有車(chē)型。圖2-2 車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框圖2.3 方案論證及確定如果采用方案一，通過(guò)資料查詢(xún)得知,利用CAN總線

13、構(gòu)建的車(chē)用數(shù)字儀表，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：（1）整車(chē)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及總線通信協(xié)議比較復(fù)雜，硬件上的要求比較高，需要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，而且系統(tǒng)成本比較高。（2）總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)題。（3）高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸 。（4）確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大小及實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性。（5）安裝與維護(hù)中的布線 。（6）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新(可擴(kuò)展性)。經(jīng)分析，由于本設(shè)計(jì)面向的是大眾化的傳統(tǒng)汽車(chē)，成本成為器件選用的最重要標(biāo)準(zhǔn)。盡管方案一具備許多方案二沒(méi)有的特點(diǎn)，但是由于其技術(shù)還不十分成熟以及存在的技術(shù)瓶頸。還有其昂貴的價(jià)格，使其僅在一些中高檔轎車(chē)得

14、到應(yīng)用。而單片機(jī)控制的車(chē)用數(shù)字儀表其卓越的性能價(jià)格比已引起我國(guó)車(chē)用儀表界的廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，采用基于單片機(jī)控制的車(chē)用數(shù)字儀表，可以避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，這種基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的汽車(chē)儀表，具有集成度高、功能強(qiáng)、體積小、速度快、存儲(chǔ)量大、指令豐富、抗干擾性強(qiáng)、通用性好、推廣范圍大、工作可靠、指示準(zhǔn)確、易于匹配、使用壽命長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高等一系列優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車(chē)儀表。基于此，本系統(tǒng)中采用方案二作為本系統(tǒng)的最終總體設(shè)計(jì)方案。第3章 車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。目前主要有： AT系列單片機(jī)、STC系列單片機(jī)、

15、STM32系列單片機(jī)。本系統(tǒng)采用的是STM32F103RBT6單片機(jī)，由于STM32系列基于專(zhuān)為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。STM32F103RBT6內(nèi)部有FLASH程序存貯器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可在線使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。變成編程速度快，擦除時(shí)也無(wú)需紫外線，非常方便。 STM32F103RBT6芯片功能簡(jiǎn)介STM32F103單片機(jī)使用的是ARM為要求性能高、成本低、功耗低的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的32位的ARMCortex-M3內(nèi)核。時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品。STM3

16、2F103擁有可達(dá)128KB的嵌入式閃存、20kB的SRAM和十分豐富的外設(shè)：兩個(gè)1s的12位ADC,一個(gè)全速USB（OTG）接口，一個(gè)CAN接口，三個(gè)4M/S的UART,兩個(gè)18M/S的SPI,兩個(gè)I2C等。內(nèi)部還集成了復(fù)位電路、低電壓檢測(cè)、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等，大大方便了用戶(hù)的開(kāi)發(fā)。該系列單片機(jī)不僅功能強(qiáng)大而且功耗相當(dāng)?shù)停?2MHz時(shí)消耗36mA（所有外設(shè)處于狀態(tài)），相當(dāng)于0.5mA/MHz,待機(jī)時(shí)下降到2A,是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品。綜上STM32F103系列單片機(jī)的性能完全可以滿(mǎn)足車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的所有控制需要，內(nèi)置A/D可以用于模擬傳感器的信號(hào)采集，豐富的I/O接口可以用

17、于與5110液晶屏模塊的通信，并且其本身自帶CAN控制器可以作為與外界通信接口，用STM32F103做主控制器可以減少使用器件從而簡(jiǎn)化整體電路。圖3-1 STM32F103RBT6最小系統(tǒng)3.2 信號(hào)檢測(cè)及處理電路的硬件設(shè)計(jì) 溫度傳感器DS18B20及其硬件接口電路設(shè)計(jì)一、溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20

18、可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。主要特點(diǎn)有:1、用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限溫度值。2 、需要外部組件,能測(cè)量-55+125范圍內(nèi)的溫度。3 、-10+85范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為0.5。4 、通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式,可在至多750ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12b的數(shù)字,測(cè)溫分辨率可達(dá)010625。5 、獨(dú)特的單總線接口方式,與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)（1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B

19、20與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（2）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5V。（3）測(cè)溫范圍：-55+125,在-10+85范圍內(nèi),精度為0.5固有測(cè)溫分辨率為0.5。（4）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。（5）用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。（6）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（7）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部功能模塊,主要由4部分組成:64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存

20、器。ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的,他可以看作是該DS18B20的地址序列碼,每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL ,配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的E2PROM組成,使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH,TL或配置寄存器寫(xiě)入。配置寄存器中R1,R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù):R1R0=“00”,9 位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93175ms;R1R0=“01”,10位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為18715ms;R1R0=“10”,11位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms;R1R0=“11”,12位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms;未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存

21、儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫2存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除ERAM ,后者存放高溫和低溫觸發(fā)器TH,TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié),前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息,第1個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位,第2個(gè)字節(jié)是溫度的高8位。第3個(gè)和第4個(gè)字節(jié)是TH,TL的易失性拷貝,第5個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝,這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第6、7、8個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié),校驗(yàn)前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼,可用來(lái)保證通信正確。二、DS18B20與單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)DS18B20與STM32F103RBT6的接口電路圖如圖3-2所示，其中DS18B20工作在外部電源

22、供電方式，單片機(jī)STM32F103RBT6采用PA7和DS18B20通信。通過(guò)預(yù)先對(duì)DS18B20可編程溫度傳感器的編程,完成轉(zhuǎn)換位數(shù),精度,高、低溫報(bào)警觸發(fā)器TH , TL的溫度設(shè)置。進(jìn)入測(cè)溫模式后,DS18B20可編程溫度傳感器將所測(cè)的溫度值直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過(guò)其獨(dú)有的單總線協(xié)議,實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸,完成數(shù)據(jù)采集，再結(jié)合軟件及相應(yīng)外圍電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖3-2 DS18B20與單片機(jī)接口電路3.2.2 測(cè)速傳感器及其他模擬傳感器一、測(cè)速傳感器簡(jiǎn)介二、 基于速度傳感器的車(chē)速計(jì)算過(guò)程（1）測(cè)量車(chē)速脈沖周期本設(shè)計(jì)中使用定時(shí)器2通道的捕獲功能來(lái)檢測(cè)車(chē)速脈沖（下降沿有效）.將連續(xù)兩次的捕獲到的

23、定時(shí)器計(jì)時(shí)值相減，便可以獲取一個(gè)完整脈沖的計(jì)時(shí)時(shí)間（周期）。為了加快中斷進(jìn)程，避免中斷占用系統(tǒng)太多時(shí)間，在中斷程序只是先將兩次捕獲的值分別保存，并通過(guò)標(biāo)志位（收到新車(chē)速脈沖標(biāo)志）去通知后臺(tái)程序進(jìn)行處理。（2）根據(jù)脈沖周期求車(chē)速測(cè)量到輸入的脈沖周期后，就可以根據(jù)下面兩個(gè)公式計(jì)算即時(shí)車(chē)速。= （1-1）車(chē)速（km/h）=脈沖頻率 （1-2）實(shí)際上：為了提高后面計(jì)算的精度，系統(tǒng)車(chē)速的表示值為實(shí)際車(chē)速的8倍。也就是說(shuō)在計(jì)算車(chē)速時(shí)還要乘以放大倍數(shù)（8）。因此，公式（1-2）演變成（1-3）。 車(chē)速（km/h）=放大倍數(shù)脈沖頻率 (1-3)將公式（1-1）和（1-3）合并后推到出公式（1-4）。車(chē)速（km

24、/h）=放大倍數(shù) (1-4)在（1-4）中：總線頻率=2457600Hz；分頻因子=16；每小時(shí)秒數(shù)=3600s；放大倍數(shù)=8.把這些參數(shù)代入公式，最后推導(dǎo)出下面簡(jiǎn)單的公式（1-5）。車(chē)速（km/h）= (1-5)氣壓、油壓、油量等參數(shù)的測(cè)量采用模擬傳感器，其輸出的模擬信號(hào)通過(guò)STM32單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)過(guò)相應(yīng)軟件處理后輸出。其與單片機(jī)的接口電路如圖3-3所示。圖3-3 各模擬傳感器與單片機(jī)的接口電路3.3 液晶顯示模塊3.3.1 液晶顯示模塊okia5110簡(jiǎn)介該車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)使用okia5110作為顯示模塊，okia5110具有以下特點(diǎn)：1.采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信，接口信號(hào)線數(shù)量

25、大幅度減少，包括電源和地在內(nèi)的信號(hào)線僅有9 條。支持多種串行通信協(xié)議（如AVR 單片機(jī)的SPI、MCS51 的串口模式等），傳輸速率高達(dá)4Mbps，可全速寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)，無(wú)等待時(shí)間。2.可通過(guò)導(dǎo)電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換。3.LCD 控制器驅(qū)動(dòng)器芯片已綁定到LCD 晶片上，模塊的體積很小。4.采用低電壓供電，正常顯示時(shí)的工作電流在200A 以下，且具有掉電模式。液晶模塊與單片機(jī)的接口電路如圖3-4所示。圖3-4 okia與單片機(jī)的接口電路3.4 電源電路硬件電路設(shè)計(jì)汽車(chē)蓄電池提供12V左右的電源，而該儀表板需要兩路電源:+

26、5V和+3.3V電源。+3.3V電源用于給STM32F103RBT6單片機(jī)等供電，+5V蜂鳴器等供電?？紤]到成本和易購(gòu)性，我們選用7805和REG1117芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片。如圖3-5所示。圖3-5 電源模塊第4章 軟件設(shè)計(jì)本章節(jié)在上一章介紹硬件基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了汽車(chē)智能數(shù)字儀表系統(tǒng)的軟件部分。這一章主要介紹了程序的整體構(gòu)架以及主程序流程圖等。4.1 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)介在開(kāi)發(fā)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)程序的編寫(xiě)效率在很大程度上決定了目標(biāo)系統(tǒng)的研制成效。早期在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，大多以匯編語(yǔ)言作為軟件工具。但由于匯編語(yǔ)言不是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言程序較難編寫(xiě)和調(diào)試，程序本身的編寫(xiě)效率較低。隨著單片機(jī)硬

27、件性能的提高，其工作速度越來(lái)越快。因此在編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，更著重于程序本身的編寫(xiě)效率。為了適應(yīng)這種要求，現(xiàn)在的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，除了配備有匯編語(yǔ)言軟件之外，很多還配備了高級(jí)語(yǔ)言軟件C51語(yǔ)言。4.2 汽車(chē)數(shù)字儀表系統(tǒng)主控程序結(jié)構(gòu)主程序包括兩部分，一部分為初始化段，另一部分為循環(huán)主體段。在主程序循環(huán)體中，并不是直接執(zhí)行程序，而是去調(diào)用一個(gè)個(gè)任務(wù)模塊。每個(gè)任務(wù)都是一個(gè)子函數(shù)，這些任務(wù)的調(diào)度機(jī)制為輪循機(jī)制。即：子函數(shù)功能的執(zhí)行與否取決于其條件標(biāo)志是否滿(mǎn)足。比如：當(dāng)某個(gè)子函數(shù)被主程序調(diào)用時(shí)，會(huì)先判斷其執(zhí)行條件是否成立（標(biāo)志位是否有效），如果有效就執(zhí)行實(shí)際功能語(yǔ)句，否則不執(zhí)行任何動(dòng)作直接返回。為了

28、避免各個(gè)任務(wù)為了搶占系統(tǒng)時(shí)鐘資源，造成時(shí)間沖突，采取以下一些措施：（1）根據(jù)任務(wù)的輕重緩急分別予以不同的時(shí)間調(diào)度，比如LCD顯示屏刷新處理只需要500ms調(diào)用一次即可；實(shí)用性較高的任務(wù)如里程更新刷新則每循環(huán)一次都要調(diào)用一次。（2）對(duì)于實(shí)時(shí)性要求更高的任務(wù)，采用這種主程序輪循方式往往還是顯示的不夠及時(shí)。那么就干脆放在中斷函數(shù)中去執(zhí)行。不過(guò)，為了不影響后臺(tái)程序執(zhí)行，中斷程序必須簡(jiǎn)練，能不再中斷中做的事情就不要在中斷程序中做。對(duì)于實(shí)時(shí)性不是很強(qiáng)的功能，可以先在中斷中設(shè)置標(biāo)志，然后讓后臺(tái)程序根據(jù)標(biāo)志再去執(zhí)行具體功能。有關(guān)時(shí)間調(diào)度程序的流程圖，見(jiàn)圖4-1:系統(tǒng)主程序流程圖如下，見(jiàn)圖4-2:圖 4-1 1

29、ms定時(shí)處理程序流程圖圖4-2 系統(tǒng)主程序流程圖4.3 顯示流程圖程序中每10ms執(zhí)行一次顯示處理子程序，在該程序中先查詢(xún)“顯示更新使能標(biāo)志”。如果該標(biāo)志為“0”，則說(shuō)明不需要更行顯示，直接退出子程序；如果該標(biāo)志為“1”時(shí)，則先對(duì)顯緩區(qū)進(jìn)行刷新，再將刷新后的顯緩區(qū)內(nèi)容復(fù)制到LCD模塊的專(zhuān)用RAM區(qū)中去。這個(gè)“顯示更新使能標(biāo)志”是由其他子程序根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置的。顯示流程圖，見(jiàn)圖4-3：圖4-3顯示流程圖第5章 全文總結(jié)本文的主要是數(shù)字車(chē)用儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。針對(duì)實(shí)時(shí)顯示汽車(chē)車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、燃油油量等項(xiàng)目的要求，本文通過(guò)各類(lèi)傳感器對(duì)汽車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和油量進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)中需要不間斷地測(cè)量

30、車(chē)輪的速度，從而確定了整個(gè)儀表系統(tǒng)的顯示參量，根據(jù)需顯示的參量和顯示的實(shí)時(shí)性要求設(shè)計(jì)了硬件系統(tǒng)，介紹了各個(gè)部分的工作原理，最后根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目和功能的要求設(shè)計(jì)了軟件。軟件的可靠性設(shè)計(jì)主要從數(shù)字濾波的角度進(jìn)行討論，介紹了幾種比較常用的軟件濾波技術(shù)，最后是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)部分。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)證明軟、件設(shè)計(jì)是正確的，抗干擾措施是有力的，數(shù)字濾波的方法是有效的，達(dá)到了國(guó)標(biāo)的要求。歸納起來(lái)，本文的工作如下：一、對(duì)數(shù)字車(chē)用儀表系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展和研究進(jìn)行了綜述，指出了數(shù)字車(chē)用儀表技術(shù)對(duì)未來(lái)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的重要性。對(duì)數(shù)字車(chē)用儀表系統(tǒng)進(jìn)行了概述，根據(jù)要求確定了技術(shù)參數(shù)。二、完成了數(shù)字車(chē)用儀表系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。1、通過(guò)車(chē)用

31、數(shù)字儀表系統(tǒng)的總體方案的研究，提出基于單片機(jī)控制的車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的總體方案，并采用高性能信號(hào)調(diào)理電路組成信號(hào)傳輸系統(tǒng)，提高了信號(hào)傳輸通道的穩(wěn)定性和抗干擾能力。2、利用現(xiàn)在流行的針對(duì)單片機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言C51語(yǔ)言設(shè)計(jì)了軟件。這種語(yǔ)言使軟件的開(kāi)發(fā)效率大大提高，而且能夠支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，使一些復(fù)雜的算法能在單片機(jī)系統(tǒng)中很方便的實(shí)現(xiàn)?？傊疚脑O(shè)計(jì)的車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)具有精度高、可靠性好、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。 隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，車(chē)用儀表顯示屏的液晶化必將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。文中通過(guò)采用STM32單片機(jī)、新型傳感器和液晶顯示等對(duì)車(chē)用儀表系統(tǒng)進(jìn)行整體性改進(jìn)設(shè)計(jì)，使新型數(shù)字儀表系統(tǒng)顯示功能更強(qiáng)大、可靠性更高、使用

32、更便捷; 同時(shí)，也為今后車(chē)用儀表顯示系統(tǒng)擴(kuò)充顯示和控制的信息種類(lèi)，進(jìn)一步豐富其綜合信息顯示內(nèi)容，打開(kāi)了廣闊的空間。參考文獻(xiàn)1 楊忠敏. 現(xiàn)代汽車(chē)儀表及其發(fā)展趨勢(shì)J.汽車(chē)情報(bào),2003,(18):20-22,24.2 張武 ,顧凱.基于51單片機(jī)的車(chē)用數(shù)字儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).今日電子,2005,(01)3 宋漢沖.我國(guó)汽車(chē)儀表工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展前景分析J.中國(guó)儀器儀表,1995,(1):9-10.4 趙國(guó)軍,計(jì)時(shí)鳴.一種具有行車(chē)工況記憶功能的智能汽車(chē)儀表J.中國(guó)儀器1996,22-25.5 劉浩,王向周.基于MB90F428的汽車(chē)儀表的設(shè)計(jì)J.世界電子元件,2006,(1):46-49.6 黃正權(quán).

33、單片機(jī)技術(shù)的汽車(chē)儀表J. 汽車(chē)與配件,2002,(2):157 張毅剛,彭喜源,譚曉昀等.MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.19978 張培仁,孫占輝,張村峰等.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用M.清華大學(xué)出版社.20029 張煜 ,舒華 ,董素榮 ,劉金華.粗識(shí)車(chē)用傳感器.汽車(chē)運(yùn)用,2002,(02)10 劉迎春,葉湘賓.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用.國(guó)防工業(yè)出版社.199811 徐愛(ài)鈞.智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì).北京航空工業(yè)大學(xué)出版社.200312 張毅剛,彭喜元,董繼成.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社:200613 張俊.匠人手記.北京航空航天大學(xué)出版社.200814

34、邵貝貝.單片機(jī)系統(tǒng)可靠性技術(shù)及發(fā)展.電子產(chǎn)品世界,1998,8:20-2115 陳粵初等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐. 北京航空工業(yè)大學(xué)出版社.1991致 謝經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的課程設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。本論文是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明

35、白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！本論文的順利完成，還要感謝大學(xué)近4年來(lái)所有的老師，為我們打下專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。謝謝各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和幫助。最后感謝我的母校四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。附錄1 車(chē)用智能數(shù)字儀表原理圖附錄2 車(chē)用智能數(shù)字儀表程序主程序：#include stm32f10x.h#include hardware.h/#include usart.h#include 5110.h#include SysTi

36、ckDelay.h/#include RTC.h#include adc.h#include common.h#include key.h#include DA5616.h#include pwm.h#include ds18b20.h/*函數(shù)以及變量聲明*/void GPIO_Configuration(void);/*函數(shù)名稱(chēng): main功能描述: 主函數(shù)入口*/int main(void)SystemInit(); /配置系統(tǒng)時(shí)鐘72M(包括clock, PLL and Flash configuration)SysTick_Initaize();/滴答定時(shí)器初始化GPIO_Config

37、uration();/ 引腳配置LCD_init(); /初始化LCD模塊 LCD_clear(); /清屏幕adc_Init();/ad初始化DA_Config();PWM_Configuration();/pwm初始化DS18B20_Init();/DS18B20初始化/while(DS18B20_Init()/初始化DS18B20,兼檢測(cè)18B20/LCD_write_String(0,0,DS18B20 Check Failed!);/delay_ms(500); /LCD_write_String(0,1,Please Check!);/delay_ms(500);/LCD_writ

38、e_String(0,0,DS18B20 Check Ready!);/GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 );/if(BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)/檢測(cè)是不是第一次配置RTC,是的話寫(xiě)入日期/ RTC_Configuration(); /實(shí)時(shí)時(shí)鐘配置/RTC_Set(2013,8,24,10,18,0); /設(shè)置年月日時(shí)分秒/ BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5); /LCD_writ

39、e_String(0,2,Ch8_D=);LCD_write_String(0,3,Ch8_A= V);LCD_write_String(0,4, vref= );LCD_write_String(0,5, Temp: );/LCD_write_String(0,0, . . );/LCD_write_String(0,1,Time: : : );while (1) key_scan(); /獨(dú)立按鍵掃描display_adc(); /顯示AD轉(zhuǎn)換值函數(shù)SUPER_LCD_PrintValueI(42,4,vref,4); /顯示通道1的數(shù)字量 /display_riqi(); /顯示日期函數(shù)Write_DA(0,vref); /寫(xiě)DA值到TLV5616TIM_SetCompare1(TIM1,vref); /對(duì)應(yīng)PA8displayTemp();/