摘 要： 介紹了以飛思卡爾MC9S12XHZ512芯片為控制核心的汽車組合儀表板控制系統的設計，簡述了汽車組合儀表的基本模塊構成，給出了步進電機驅動設計方案和模擬量采樣復用電路的設計原理。
關鍵詞： 汽車組合儀表；MC9S12XHZ512；模擬量采樣復用電路；步進電機
汽車儀表是用來顯示和記錄汽車的各種行駛信息及發動機運轉情況的重要裝置。汽車儀表所顯示的信息有車速、轉速、燃油、水溫、氣壓、里程、各種報警和狀態指示等。傳統的汽車組合式儀表，各種工況和告警信號由傳感器通過線束送到組合儀表和其他需要該信號的模塊。這種儀表線束較多，顯示內容單一，無法滿足汽車儀表高抗干擾能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求。
現在的汽車儀表也有以微處理器、針式儀表盤、CAN總線、指示燈、帶記錄存儲功能的儀表，但這種汽車儀表沒有模擬量采樣復用和步進電機。模擬量采樣復用可以實現電流、電壓、電阻信號采樣的復用，通過電阻網絡的調整可以設置單個采樣端口的采樣信號類型，因此可以適應多種傳感器，提高產品的適應性。而使用步進電機可以非常精確地控制電機轉動軸位置，而不需要昂貴的傳感器和控制電路，跟蹤所加輸入脈沖數可知其位置，且步進電機具有良好的起動和停止響應功能。因此，為了能夠滿足汽車儀表高抗干擾能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求，本文設計了一種帶有模擬量采樣復用和帶有步進電機的總線式汽車智能組合儀表。
1 儀表結構的組成原理
儀表的組成模塊如圖1所示，由采集控制模塊、顯示模塊和外圍電路模塊組成。顯示模塊和外圍電路模塊均與采集控制模塊相連。采集控制模塊包括主處理器和輸入輸出模塊，輸入輸出模塊與主處理器相連。顯示模塊包括顯示接口模塊和顯示處理器，并且互相連接。采集控制模塊中的模擬量采樣復用電路，包括電阻網絡調整電路和模擬量復用輸入信號前級處理電路，經過電阻網絡調整電路調整后的輸入信號，經模擬量復用輸入信號前級處理電路選擇，傳輸至采集控制模塊的主處理器。
2 步進電機驅動設計與中斷控制
2.1 步進電機的驅動設計
車速表、轉速表、油位表和水溫表均由步進電機驅動。硬件設計時只需用引線將單片機與步進電機連接即可。圖2為單獨一個步進電機工作在雙全橋模式時的連接方法，它由兩個脈寬調制(PWM)通道控制，通道X控制線圈0，通道X+1控制線圈1。實際電路的原理圖如圖3所示，M1、M2、M3和M4分別為車速表、轉速表、油位表和水溫表。
2.2 利用實時中斷RTI控制步進電機
為了解決實時性問題，采用實時中斷RTI來控制步進電機。RTI是時鐘和復位發生器中的一個子模塊，可以產生實時中斷。本文采用的分頻系數為3×215，即F=8 M/3×215=81.38 Hz，每次中斷間隔時間t=1/81.38=12.3 ms。微控制器每12.3 ms改變一次所有步進電機的輸出，進而改變步進電機的指針位置。當步進電機的控制方式是雙四拍的時候，每次中斷都給指令(永久磁體)使其轉動90°(一個分步)，即每經過4次實時中斷轉子轉過一周(一個全步)。在RTI實時中斷間隔內可以運行另外的程序。
因為油位表、發動機轉速表和水溫表的數據都是從CAN總線傳過來的，所以將這三塊表的程序整理到同一個模塊中，轉速表和水溫表的函數功能與油位表相同。程序流程圖如圖4所示。
利用實時中斷控制步進電機時，每次中斷步進電機只能走一分步，因為一周之內的四分步在引腳的輸出不同，所以首先要判斷轉子處在哪個位置。每次中斷都要判斷步進電機的變量是否更新，并且判斷正轉還是反轉，以決定調用哪個單步函數。
3 模擬量采樣復用電路設計
本儀表設計的模擬量采集復用電路能夠通過調整電阻網絡分別實現電壓、電流、電阻信號的測量，如圖5所示。
(1)當接入的模擬量為電壓信號時，電路調整如圖6所示。
(2)當接入的模擬量為電流信號時，電路調整如圖7所示。
該電路在實際應用過程中，可根據需要采樣的信號類型、信號范圍以及芯片模擬量接口基準電壓的值計算并確定電阻網絡中相關電阻的大小。
本設計是基于飛思卡爾MC9S12XHZ512單片機的智能組合儀表，其中的模擬量采樣復用技術可以實現調整電阻網絡分別接入采樣電流、電壓、電阻信號，可以適用于多種傳感器，提高了儀表系統的靈活性。為了能使步進電機實時平穩運轉，開發了步進電機的驅動程序，采用實時中斷控制步進電機，很好地滿足了汽車儀表高抗干擾能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求。
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