基于CAN總線汽車組合儀表的設計與研究

步進電機(Step motor)是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰芿(或線位移S)的開環(huán)控制元件，是數(shù)字控制系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件。工作原理是建立在被勵磁的定子電磁鐵吸引可選轉的銜鐵產生轉矩而旋轉，即靠磁鐵引力作用把電磁能轉換成機械角位移。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。脈沖的個數(shù)決定了轉角的大小，而脈沖的頻率決定了電機的轉速。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。一般步進電機可分為二相、三相、四相和六相。


本系統(tǒng)步進電機選用深圳偉力驅動有限公司的VID29系列二相汽車儀表步進電機。 vID29-XX/VID29~xXp儀表步進電機是一種精密的步進電機，內置減速比180/1的齒輪系，主要應用于車輛的儀表指示盤，也可以用于其他儀器儀表裝置中，將數(shù)字信號直接準確地轉為模擬的顯示輸出。VID29步進電機需要兩路邏輯脈沖信號驅動，其特點如下:


可以工作于3.5V一10V的脈沖下;
輸出軸的步距角最小可以達到1/12⁰，最大角速度600⁰/s，輸出轉角轉動范圍為315⁰?？捎梅植侥Ｊ交蛭⒉侥Ｊ津寗印?br />選用進口優(yōu)質特種材料和汽車級特殊工程塑料，同時兼顧防火等安全性能;

采用具有最低噪聲和超低摩擦效果的特殊齒形，保證了馬達的長期運轉壽命和性能。

步進電機的分步驅動控制模式:VID29步進電機是經三級齒輪減速轉動輸出的，驅動要求是用標準的SV邏輯電路電壓，可以以分步驅動模式直接驅動馬達，電流需求為20mA。在分步模式下，每個脈沖可以驅動馬達轉子轉動600(即輸出軸轉動1/3度)。電機轉動的方向取決于施加在電機左右線圈上的周期性脈沖序列的相位差。如下圖所示，左線圈電壓UL相位超前于右線圈電壓UR時(相位差為/3)，VID29一XX系列的電機輸出軸將順時針旋轉，VID29一XXP系列的電機輸出軸將逆時針旋轉。

分步驅動模式脈沖序列如圖4一14所示:

微步驅動模式(細分驅動)脈沖序列如圖4-15所示:

它的轉速n(或線速度v)與脈沖頻率f成正比。步距角越小，指針轉動角度越小，儀表顯示的精度越高。步距角與脈沖頻率的關系可用以下關系式來計算:

φ=180*f/(I*S)
式中φ:步進電機的步距角
f:脈沖頻率
I:電機齒輪減速比
S:驅動模式分布數(shù)(分步/微步)

步進電機的位置和速度由導電次數(shù)(脈沖數(shù))和頻率成一一對應關系，而方向由導電順序決定。

由于H128內部集成了6個步進電機驅動模塊，所以無需擴展電路即可實現(xiàn)步進電機與H128硬件接口電路的連接。通過分布驅動模式，每個脈沖可驅動步進電機轉動1/3度，滿足汽車儀表的精度要求(如需更高精度，可通過擴展微步驅動芯片，使步進電機每個步為1八2度)。步進電機與H128的硬件連接如圖4一16:

圖中PUO一PU7，PVO一PV7，PWO一PW7直接與H128的輸出引腳連接。由于各步進電機直接由H128驅動，所以可以通過修改程序數(shù)據(jù)輸出接口辦法改變步進電機布置。

4.8 復位電路及E²PROM設計
單片機系統(tǒng)通常是在一個特定的客觀環(huán)境下為完成或實現(xiàn)某種功能而設計的，因此系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，勢必會受到各種外界干擾因素的影響。這種外界干擾因素會導致系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)出錯，甚至會嚴重影響程序的運行，使單片機受到干擾失控導致導致程序跑飛或陷入死循環(huán)，通過采取一定的軟硬件措施使程序脫離死循環(huán)或重新運行。

本系統(tǒng)采取了外擴芯片實現(xiàn)的硬件方式，選取xlc0R公司的x5045[sll。集成了看門狗定時器、EZPROM數(shù)據(jù)存儲器、和電源監(jiān)測為一體，采用SPI的方式與MCU相連，用于低電壓復位信號的單片機(H128為低電壓復位)。因其體積小、占用UO口少等優(yōu)點已被廣泛應用于工業(yè)控制、儀器儀表等領域 。

CS:芯片選擇輸入端，當CS為低電平時芯片處于工作狀態(tài)
50:串行數(shù)據(jù)輸出端，在串行時鐘的下降沿，數(shù)據(jù)通過50端移位輸出
Sl:串行數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)在串行時鐘的上升沿鎖存
SCK:串行時鐘，，為數(shù)據(jù)讀/寫提供串行總線定時
WP:寫保護輸入端，當WP為低電平時，向X5045的寫操作被禁止，但器件的其他功能正常。
RESET:復位信號輸出端。

x5045除了wTD(看門狗)功能外，另一個重要的基本功能就是作為EZPROM數(shù)據(jù)存儲器使用，內部包含 512xs的串行EZPROM，以保證系統(tǒng)在掉電后仍可維持重要數(shù)據(jù)不變。x5045與H128采用SPI總線接口連接方式，程序，獲得準確的脈沖累計計數(shù)，并將此值傳送給X5045存儲。X5045是理想的自動貯存非易失性SRAM，內部含有EEPROM，存儲容量256bit，能夠在失去vCc的時候自動執(zhí)行存儲操作 (SRAM—EEPRoM)，非常適合對里程的累計記錄。芯片內部包含一個指令移位寄存器，該寄存器可以通過SPI來訪問。X5045與H128連接的電路如圖4一18所示: