基于MC9S12HY32的电动汽车仪表盘设计

作者：时间：2012-09-12 来源：网络收藏

引言：

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/196428.htm

电动汽车仪表盘是一种集 LED、 LCD显示技术、步进电机控制技术于一体，适应电动汽车电子化、数字化、信息化发展的高新技术产品，它是驾驶员与汽车进行信息交流的窗口，是一个多信息显示平台，显示电机状态、电池组状态、行驶信息、底盘信息、指示报警等其它信息。 Freescale的 S12HY32是汽车仪表盘设计专用 16位 MCU，笔者以 S12HY32为核心设计了一款电动汽车仪表盘，它采用步进电机进行指针的指示，具有很好的数据控制特性，并能及时反映汽车加减速、电压电流上升与下降等各种工况，提高了整个系统的平稳性和定位精度，同时保留了机械指针指示的直观、有动感、符合驾驶员习惯等优点。采用 LED显示转向灯、远近光变换、车门状态、安全带未系提示、充电指示、报警等状态 ^【 ¹ ^】，采用 LCD数字显示里程表和故障状态。本文介绍 S12HY32的功能特性和应用要点，并剖析电动汽车仪表盘的设计原理和软硬件结构。

1硬件设计

1.1MC9S12HY32简介

MC9S12HY32是一款可扩展入门级的汽车仪表盘应用 16位微控制器，集 16位性能和许多专用功能于一身 ^【 ² ^】，如 LCD驱动和步进电机驱动，同时服务于需要 CAN/LIN的应用，非常适合经济高效的汽车仪表盘应用。其芯片资源及特性如下 ^【 ³ ^】：

1、 32MHz总线频率的 HCS12 CPU内核；

2、带有 ECC（错误校正码）的 32KB程序闪存和 4KB数据闪存， 4KB片内 SRAM；

3、字段式 LCD控制器，最多可配置为 40x4段；

4、 4个步进电机控制器，可以进行电机失速检测；

5、两个 16位定时器模块，可提供 16位输入捕捉、输出比较、计数和脉冲累加器功能；

6、 8通道 10位逐次逼近型 ADC；

7、 SPI/I2C模块，一个 SCI模块，支持 LIN 2.0、 2.1和 SAE J2602通信；

8、 MSCAN模块，支持 CAN协议 2.0A/B。

1.2系统结构

仪表盘由 CAN总线接口、信号采集电路、步进电机、 LCD、 LED、报警装置组成，用于各种工况下汽车运行信息的采集和显示，图 1给出了仪表盘硬件结构，下面结合 S12HY32的内部资源介绍下仪表盘的硬件设计。

图 1 仪表盘硬件结构图

Picture 1:Dashboard hardware architecture

S12HY32内部资源专为仪表应用而设计， 4个步进电机驱动器可以进行车速、电机转速、电流和电池组电压的指针指示， LCD控制器可以控制字段式 LCD显示总里程、小计里程和电机故障信息，内部有 MSCAN模块支持 CAN总线应用，可以通过 CAN总线获取一些关键信息，同时保留直接进行信息采集的能力：内置定时捕捉模块可以进行车速 /电机转速脉冲的捕捉与统计，内置 ADC进行电机温度等模拟量的采集。下面以车速信号检测为例介绍下仪表盘电路设计。

1.3车速信号检测

车速是仪表盘需要显示的关键信息，根据汽车原理和拓扑结构，车速信号来源是 CAN总线或者车速传感器。车速传感器输出 0-12V的脉冲信号，其信号频率大小与车速值大小成线性关系，随车速增加而增加 ^【 ⁴ ^】，通过图 2所示的整形电路将车速传感器信号转换为 TTL电平，然后通过定时捕捉模块捕捉脉冲信号的上升沿或下降沿，进行统计分析即可得到车速大小。

图 2 车速信号检测电路

Picture 1:Speed signal detection circuit

2软件设计

2.1软件流程设计

因为没有采用操作系统，软件设计采用循环体 +中断的软件结构 ^【 ⁵ ^】，主循环体完成主体功能，中断服务程序进行底层协议设计和驱动管理，软件流程图如图 3所示，下面简单介绍一下该流程。首先进行全局变量和所用外设（包括 IO、 PWM、 TIMER、 SCI、 CAN、 LCD、 MOTOR CONTROLLER）的初始化，初始化完成后，进入主循环，然后在循环体内依次进行定时器管理、开关信号检测、车速检测、 CAN通讯管理、里程计算及存储、报警控制、 LCD控制和步进电机控制。各软件模块次序如图三所示。下面以车速检测为例介绍下软件的详细设计。

图 3 软件流程图

Picture 3 Software Process

2.2车速信号检测软件设计

车速信号整形后得到 TTL脉冲， S12HY32的定时捕捉模块以中断的方式捕捉脉冲的沿变化 ^【 ⁶ ^】，在中断处理函数中进行脉冲个数累加。设计脉冲统计结构体和一 200ms的周期定时器，采用“滑动时间窗口脉冲统计法”进行车速的计算，脉冲统计结构体设计如下：

typedef struct{

uint8_t bank;

uint16_t cnt;

}s_PulseCnt;

在上述结构体中， cnt表示脉冲个数， bank表示数据是否有效。滑动时间窗口脉冲统计法设计如下：

定义成员个数为 6的脉冲统计结构体数组 Speed_pulse[6]，周期性存储车速脉冲个数，脉冲率等价于一秒内的脉冲个数，则有公式如下：

脉冲频率 =(Speed_pulse[5].cnt-Speed_pulse[0].cnt) (2-1)

车速 =脉冲频率 *FACTOR (2-2)

FACTOR由变速比和轮胎直径共同决定。

当下计算的车速表示过去 1秒内的平均车速，在下一个 200ms到达后，将下标为 1到 5的结构体变量依次“滑动复制”到下标为 0到 4的结构体变量中，然后更新下标为 5的结构体变量，此时根据公式 2-1和公式 2-2进行计算得到的车速为 0.2秒 -1.2秒之间的平均速度。这种方式计算得到的车速实时性更强，而且车速变化更加平滑，反映在指针的变化上也更加平稳平滑，能得到更佳的视觉体验，其代码实现如下：

void SpeedDetect(void)

{

uint16_t i,j;

uint16_t Carspeed_pulse_frequency=0;

if(1==Speed_detect_enable){

if(1==Timer[SPEED_PULSE_ACCUMU_200MS].overflow_flag){

for(i=0;i=5;i++){

if(0==Speed_pulse[i].bank){

Speed_pulse[i].cnt=Car_speed_pulses;

Speed_pulse[i].bank=1;

if(5==i){

Carspeed_pulse_frequency=Speed_pulse[5].cnt-Speed_pulse[0].cnt;