基于NEC電子的汽車儀表盤專用器件ASSP CAN3+系列的

引言

關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，一顆步進馬達的驅動芯片以及一顆LCD的驅動芯片組成。對于具有較高安全性保障要求的汽車電子產品，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（根據客戶的需要，分別提供掩膜和flash版本的芯片）。本文以國內中、低端汽車儀表盤的系統(tǒng)構成為主要對象，介紹了基于NEC電子汽車儀表盤領域的專用芯片--μPD78F0822的系統(tǒng)設計。

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個步進馬達驅動的顯示表：車速表、轉速表、燃油表、水
溫表→通過0822芯片中集成的4個步進馬達驅動來實 現對儀表指針的控制。
LCD顯示：大、小里程→通過0822芯片中集成的LCD驅 動可以實現最大136段的顯示。
蜂鳴器→用于產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口來實現對客戶所 需要的報警燈的控制。

在系統(tǒng)設計中以這四個模塊為主要對象，說明該方案的功能實現、資源利用以及控制方法。
系統(tǒng)設計
在NEC電子(中國)有限公司上海分公司設計的解決方案中，使用了CAN總線來實現數據的傳送、對步進電機的驅動以及對信號燈的驅動等。當然，根據客戶的不同需要，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。

單片機接收由CAN總線發(fā)送來的數據，主要包括車速、轉速、油位、溫度、里程、損壞程度以及各種指示信號。單片機根據接收到數據的實際情況來驅動步進電機從而使指針到達指定的位置。如果汽車損壞大于設定的值，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總線接收到的數據是由另外一塊Demo板提供的，該Demo板把采集到的與儀表盤相關的數據每隔10ms向儀表盤發(fā)送一次。

四個儀表的功能定義
1、車速表：采用步進電機驅動；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。車速表指針響應時間及時。當汽車速度平穩(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、轉速表：采用步進電機驅動；轉速最大量程為8000r/m，最小分度為200r/m，該信號從CAN總線傳過來。轉速表指針響應時間及時。當轉速平穩(wěn)變化時，轉速表指針運動平穩(wěn)。在恒定轉速下，在任一恒定轉速下，指針擺動范圍在70r/m以內。
3、燃油表：采用步進電機驅動，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：采用步進電機驅動，信號從CAN總線傳過來。
儀表控制器/驅動器
儀表控制器/驅動器可以驅動步進電機，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
可以同時驅動4個360° 類型的
步進電機
圖2是儀表控制器/驅動器結構圖。

步進電機的規(guī)格說明
所使用的步進電機的規(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
最大驅動頻率： 600Hz
為了使電機運轉更加平穩(wěn)，減少工作噪音，本設計中采用了細分技術，用更精密更接近正弦波的脈沖序列來驅動電機，使電機獲得小腳度的微步步進(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)，當它達到最大讀數(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，內容只保留在RAM中。
信號燈控制
在本設計中，信號燈采用端口控制。共設計了24個信號燈，包括轉向燈、車門開燈、停車燈等等。
軟件處理
主程序流程圖見圖4。
步進電機控制程序見圖5。

CAN控制器的功能
通過0822的資源，可以通過CAN接口或線束實現數據的傳輸并完成對馬達、指示燈、LED的控制。

結語

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，從而大大提升了產品的安全性。
2.在芯片中集成了步進馬達的驅動和LCD的驅動，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。
隨著汽車網絡化作為汽車電子不可逆轉的趨勢，儀表盤作為車載網絡中的一個節(jié)點，與車載網絡進行通訊、交換數據的需要不可或缺。NEC電子這款帶CAN通道的μPD78F0822芯片，使儀表盤作為一個節(jié)點可以通過車載網絡發(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行程序更新的客戶又提供了一個選擇。