基于MC9S08SL8的电动汽车仪表盘信号转换器设计

董 杰，马建辉，王 岗，刘源杨

（山东省汽车电子重点实验室 山东省科学院自动化研究所，山东 济南250014）

随着国家推进新能源汽车战略，不少企业开始涉足电动汽车行业，由于资金、技术的限制，很多车厂提留在“购买原车、回厂改装”的低级发展阶段，这种模式利用电池、电机替换发动机，实现汽车电动化，是目前山东省部分车厂生产低速电动车的主要方式。在这种方式下，为了降低专用电动车仪表开发的难度和成本，通过分析原车仪表的接口、电路及原理，以修改原车仪表面膜和开发仪表信号转换器的方式实现电动车的车速表、电流表及电压表。笔者以S08SL8为核心为山东某车厂开发了一款电动汽车仪表信号转换器，转换器采集并计算电机转速，根据电机转速、轮胎直径和变速箱减速比计算实际车速，输出与原车仪表相匹配的车速传感器脉冲；转换器实现LIN从节点[1]，通过与电机控制器的LIN通信获取电池组电压及电流，根据电压值和原车油量传感器量程，调整数字电位计阻值模拟油量传感器信号，利用原车油量表模拟实现电压表；根据电流值、转速表指针转动角度与转速脉冲频率的对应关系，输出相应频率的脉冲信号，利用原车转速表实现电流表。本文介绍S08SL8的功能特性和应用要点，并剖析仪表盘信号转换器的设计原理和软硬件结构。

1 硬件设计

1.1 MC9S08SL8简介

MC9S08SL8是一款可扩展、入门级的汽车应用8位微控制器，集8位性能和许多专用功能于一身[2]，其芯片资源及特性如下：

1）40 MHz内核速率和20 MHz总线速率的HCS08内核；

2）GPIO可实现组合输出，支持大电流设备；

3）两个8位和两个16位定时器模块，可提供输入捕捉、脉冲计数、输出比较、PWM输出功能；

4）内置温度传感器的10位ADC；

5）SPI/I2C模块，及内嵌从模式LIN接口控制器的SCI模块；

6）可选极性引脚中断，方便地实现系统休眠和中断唤醒。

1.2 系统结构

信号转换器由LIN总线接口、电机转速脉冲采集、电流/车速脉冲信号输出、数字电位计输出组成，用于电机转速、电池组电压、放电电流的采集及仪表信号模拟，图1给出了信号转换器硬件结构，下面结合S08SL8的内部资源介绍下转换器的硬件设计。

图1 仪表盘信号转换器硬件结构图Fig.1 Dashboard signal convertor hardware architecture

MC9S08SL8有四路定时器/PWM通道，采用其中一路输入捕捉功能实现电机转速脉冲采集，采用GPIO+定时的方式实现占空比为50%、频率可调的方波信号控制电流脉冲输出和车速脉冲输出，采用SCI模块+LIN物理层芯片实现与电机控制器的LIN通信[3]，采用SPI调整数字电位计阻值产生模拟阻值信号。下面以车速脉冲输出为例介绍下转换器电路设计。

1.3 车速脉冲输出电路

车速是仪表盘需要显示的关键信息，仪表盘通过采集12 V方波电平形式的车速传感器脉冲计算实际车速，脉冲频率与车速值成正比线性关系[4]。转换器实现车速脉冲输出如图2所示，通过GPIO输出与车速传感器脉冲频率相同的方波信号，控制三极管的通断，将TTL电平转换为0～12 V的脉冲信号输出。

图2 车速脉冲输出电路Fig.2 Speed pulse output circuit

2 软件设计

2.1 软件流程设计

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。

图3 软件流程图Fig.3 Software process

下面以车速脉冲输出为例介绍下软件的详细设计。

2.2 车速脉冲输出软件设计

为了适应不同脉冲数电机转速传感器的信号采集，需要将SL8的定时器/PWM模块的工作时钟设置在较高的频率上，由于PWM的特性，无法利用定时器/PWM模块输出较低频率的方波，为了实现车速表的满量程输出，采用GPIO+定时的方式产生车速脉冲，其具体实现如下：

首先根据电机转速、轮胎直径和变速箱减速比计算车速，根据车速值与脉冲频率的对应关系计算车速脉冲频率[6]，然后设计一20 kHz的周期定时中断，根据车速脉冲频率计算车速控制信号的切换滴答数，具体计算及代码如下：

电流脉冲输出的产生原理与车速脉冲输出类似，在此不再赘述。

3 结束语

笔者采用MC9S08SL8设计实现了一款电动汽车仪表盘信号转换器，从处理器特性、硬件结构、车速脉冲输出等方面描述了转换器的硬件设计，从软件流程设计，车速脉冲输出的软件实现上描述了转换器的软件设计。该转换器经装车试验，运行稳定，功能可靠，具有很高的实用价值。

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