┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊
共 34 页 第 5 页
长 春 大 学 汽车数字仪表装置的设计
灵敏度高、使用寿命长、灵巧美观、成本低等优点。
题目来源于工程生产，指导教师对设计系统的方案、软、硬件结构等具备一定的实际经验和技术基础，学生对相关基础理论的掌握也已具备，在现有实验条件下，通过模拟方式，能够实现系统要求的基本功能。设计条件及相关技术资料已准备就绪。
通过对基于51单片机的车用数字仪表设计要求的分析，经切题资料查询和调研工作，首先确定系统的总体设计方案，根据方案，采用单片机最小系统，显示，经信号检测，数据采集及处理等的硬件及软件设计来完成。其研究内容如下：
（1）设计控制系统的总体方案，画出整个系统的原理框图；
（2）系统硬件设计：包括CPU型号的选择、指纹模块及检测电路的设计、电源电路等；
（3）系统软件设计：要求设计系统的主程序流程图及主要的子程序流程图和相关软件设计，如主程序设计、数据采集子程序、显示子程序、告警子程序等。
┊ ┊ ┊ ┊
本次设计主要是基于单片机控制的车用数字仪表，此仪表系统要求显示直观、准
┊ 确，使用方便、可靠、具有信息语音播报、告警等特点，同时展现车用仪表系统未来┊ 的发展趋势和广阔开发空间。 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊
图2-1 方案一系统框图
长 春 大 学 汽车数字仪表装置的设计
第2章 总体方案设计
在第一章论述基础之上，本章主要论述车用数字仪表系统的两种设计方案，并将
┊ 这两种设计方案进行对比论证分析，已确定本系统的最终设计方案。
2.1 方案一
基于CAN总线式全数字汽车仪表，其系统原理框图见图2-1。
车速传感器开关量步进电机驱动LCD及LED驱动ECU模拟量电源及复位电路燃油表燃油表CANHCANL
方案一是CAN总线式全数字仪表系统。系统分为CAN通信模块、数据处理模
┊ 块、数据显示模块等几个部分。系统作为汽车CAN总线系统上的一个节点CAN总┊ 线网络提取车速、发动机转速、燃油量、冷却水温度及报警等各种脉冲、模拟量和开┊ 关信号， 以SM89516A微处理器为控制主体，对数据进行实时分析处理后，送至数┊ ┊ ┊ ┊
共 34 页 第 6 页
┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装
长 春 大 学 汽车数字仪表装置的设计
据显示模块，采用数字式及动态模式LCD液晶显示，既利用了现代电子技术的优势，使仪表具有多功能、智能和高精度的特点，又照顾到了驾驶员的使用习惯。与传统车用仪表相比，方案一具有以下优点：
（1）基本设计规范要求具有高位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。
（2）大大减少了车身布线，并且具有反应快，可靠度高的特性，同时具有较好的扩展性，是汽车仪表数字化智能化的必然发展趋势。
（3）基于信息技术的车辆运行管理系统，有利于更好地消除行车中的安全隐患，可以提高行驶的舒适性。
（4）增大了仪表显示的信息量，还便于扩充其他功能，满足了汽车新技术包括汽车电子技术迅速发展的需求。
┊ 2.2 方案二
方案二是单片机控制车用数字仪表系统，采用单片机为控制器件，以温度传感器，
┊ 速度传感器，储存器，LCD等主要外围元件的车用数字仪表的开发。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，储存器模块以及LCD┊ 显示模块。作为车用仪表，其主要解决的问题是向用户提供数字显示的车速(KM/h)、┊ 里程(㏎)、车内温度(℃)等信息。其系框图见图2-2。 ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊
温度传感器速度传感器控制模块LCD显示模块储存器 图2-2 方案二系统框图
从方案二框图可见，其主要组成也包含以下几个部分：信息检测模块，数据处理
┊ 模块，电机驱动模块，液晶显示模块等。步进电机式机心与普通电子式车用仪比，其
┊ 技术性能有质的提高，主要体现在方面。 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊
共 34 页 第 7 页
（1）指示精度远远高于现行国家标准。 （2）重复性好，分度均匀。 （3）响应速度快、无抖动。
（4）产品品质的稳定性和可靠性有根本保证。 （5）适用范围广，基本上能满足所有车型。
┊ ┊ ┊
长 春 大 学 汽车数字仪表装置的设计
2.3 方案论证及确定
如果采用方案一，通过资料查询得知,利用CAN总线构建的车用数字仪表，需要
┊ 解决的关键技术问题有以下几个方面：
（1）整车的系统设计以及总线通信协议比较复杂，硬件上的要求比较高，需要┊
┊ 有强大的数据处理能力，而且系统成本比较高。
（2）总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题。 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊
（3）高电磁干扰环境下的可靠数据传输 。
（4）确定最大传输时的延时大小及实时控制网络的时间特性。 （5）安装与维护中的布线 。
（6）网络节点的增加与软硬件更新(可扩展性)。
经分析，由于本设计面向的是大众化的传统汽车，成本成为器件选用的最重要标
┊ 准。尽管方案一具备许多方案二没有的特点，但是由于其技术还不十分成熟以及存在
装 的技术瓶颈。还有其昂贵的价格，使其仅在一些中高档轿车得到应用。而单片机控制┊ 的车用数字仪表其卓越的性能价格比已引起我国车用仪表界的广泛关注。与此同时，┊ 采用基于单片机控制的车用数字仪表，可以避免出现上述问题，这种基于单片机技术┊ 设计、制造的汽车仪表，具有集成度高、功能强、体积小、速度快、存储量大、指令┊ 丰富、抗干扰性强、通用性好、推广范围大、工作可靠、指示准确、易于匹配、使用┊ 寿命长、标准化系数高等一系列优势和特点，完全可以代替传统汽车仪表。基于此，订 本系统中采用方案二作为本系统的最终总体设计方案。 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊
共 34 页 第 8 页
┊ ┊ ┊ ┊
在上一章中论证了各方案的优缺点，并且最终确定了方案。本章将要介绍车用数
┊ 字仪表系统的硬件设计，包含：单片机最小系统、各传感器的功能简介及其应用、液┊ 晶显示等几部分。 ┊ ┊ ┊
长 春 大 学 汽车数字仪表装置的设计
第3章 车用数字仪表系统的硬件设计
3.1单片机最小系统
单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。目前主要型号
8031、AT89C52、AT89S52、AT89C51。本系统采用的是AT89C51单片机，AT89C51┊ 为：
┊ 单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存┊ 储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和┊ 引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 装 3.1.1 AT89C51芯片功能简介 ┊
AT89C51是在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得
┊ AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C51具┊ 有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2┊ 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，┊ 片内晶振及时钟电路。另外，AT89C51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可订 选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中┊ 断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作┊ 停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 ┊ ┊ ┊ 线
引脚描述 VCC：电源。 GND：接地。
P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个
┊ TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据┊ 存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电┊ 阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程┊ 序校验时，需要外部上拉电阻。 ┊
P1口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱
┊ 动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以┊ 作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出┊ 电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）┊ 和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表3-1所示。在flash编程和校┊ ┊ ┊ ┊
共 34 页 第 9 页