基于步进电机的液晶显示系统

闫 冬， 刘庆飞， 杨 博，韩 律， 胡 波， 李 明

0 引 言

文中介绍一款四电机一液晶数字车辆仪表的软件设计方法。该软件应用于仪表内部的核心器件微处理器中，它通过控制微控制器内部的资源结合外围电路，进行模拟和数据信号的采集和运算处理，并通过控制步进电机和液晶进行实时显示。数字仪表的设计关键就是微处理器的内部软件的设计，软件的好与坏主要取决于仪表采样的精度，显示的准确性及数据显示的人性化等［1－2］。为了更好地说明软件的使用及功能，通过如下几个方面进行介绍。

1 软件应用环境介绍

1.1 软件应用数字仪表面板

本软件应用的数字仪表面板如图1所示。

通过了解面板的结构和主要显示功能可以更好地了解软件的具体功能，主要显示功能有:

1）水温传感器信号、油压传感器信号、油量传感器信号和转速传感器信号通过步进电机显示。

2）工作时间小计用7段码液晶显示［3］。

图1 软件应用数字仪表面板图

1.2 软件对应传感器参数说明

软件对应传感器参数说明表说明了各个传感器的具体参数和误差范围，是软件计算的基础。通过采样值和给定参数才可以计算出要显示的数值，见表1～表3。

表2 发动机油压传感器参数

表3 油量传感器参数

2 软件设计说明

2.1 软件结构

软件结构如图2所示。

图2 软件结构图

2.2 软件关键设计说明

1）控制单片机内部10位A／D转换器进行模拟信号的采集，包括油量传感器信号、水温传感器信号、油压传感器信号，通过A／D采样后进行计算，折算成电机显示的角度，通过单片机控制步进电机进行显示［4］。

2）控制单片机内部定时器和外部中断进行转速信号的采集。

3）通过测量转速信号大于一定的转速时，小时计时器开始工作，并且可以通过一个外部开关清零。

4）为了防止电机丢步累积效应，在每次仪表的上电过程中，使电机回走一定的步数，可确保电机长期准确地工作［5］。

5）仪表具有掉电检测功能，当单片机检测到发动机电源低于一定的门槛值时，关闭液晶显示，4个电机归零，并且将小时计值存储在单片机内置存储器中，在下一次上电过程中，从单片机内置存储器中读出并显示出来。

2.3 软件流程图

单片机程序流程如图3所示。

图3 单片机程序流程

2.4 软件编译环境及烧写工具介绍

软件的编译采用了ICCAVR version7.14C编译软件［6］，是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境IDE可在WINDOWS9X／NT下工作，符合ANSI标准的C语言来开发MCU程序的一个工具，具有功能合适、使用方便、技术支持强大等优点。ICCAVR就是ATMEL公司为AVR单片机开发的编译工具［7］。

烧写程序软件采用的是AVRstudio［8］，这款软件是Atmel官方发行的免费软件，其强大的功能和正中的血统使其成为绝大部分AVR开发者必不可少的工具。

2.5 软件的特点及重要功能详述

软件不单体现了单片机灵活的控制能力，还加入多个运算部分和逻辑控制部分用来去除实际应用环境中硬件带来的干扰。

2.5.1 数据采集方法

1）多次采样计算平均值，可以去除白噪声的干扰。

2）多次采样后顺序排列数据，取中间值，这样可以去除瞬间高电压电流带来的干扰。2.5.2 按键信息采集方法

1）间隔适当时间循环采集按键状态，这样不会占用单片机内核太多的资源。

2）通过设置状态字来指示按键的状态，设计相应的状态图，这样能够更好地处理长按键、短按键、按键干扰等情况。

2.5.3 信息显示方法

1）步进电机显示。采用单片机控制步进电机进行微步显示，使指针每次移动1／12°，转动流畅，视觉效果更好，指针无抖动。并且采用了指针运动减速方法，就是当信号大幅度改变时，采用先全速后减速的方法，使得指针看起来转动动感更强。如车辆加大油门时，发动机的转速会迅速提高，本软件就可以控制步进电机迅速的转动，当接近实际值时，步进电机指针转动变慢，视觉效果较指针匀速运行时要好的多。

2）液晶显示包括总里程显示、里程小计和实时时间的切换显示、燃气量显示。其中，实时时间采用动态显示，小时和分钟中间的“.”闪烁显示。

3 结 语

随着电子技术的广泛应用，传统汽车模拟动磁线圈仪表向以微处理器为核心的步进马达仪表过渡已成为必然趋势。然而，国内农用及工程车辆仪表数字化水平还不高，绝大部分车辆仪表仍以模拟动磁式为主。由于模拟动磁仪表指示内容单一，并且在路况差的地段行驶时指针会明显抖动，大大降低了仪表指示的精确度。在这种情况下，研究开发具有自主产权的车辆仪表控制系统，成为车辆电子现代化的发展新潮流，具有非常广阔的发展空间。

［1］ Golonka.Influence of composition and construction parameters on the basic properties of thick film thermistors［J］.Hybrid Circuits，1992，28:9-12.

［2］ B A Buchine，W L Hughes，L Degertekin，et al.Roubik gregorian:“introduction to CMOS op-amps and comparators”a wiley-interscience publication［J］.Nano Lett，2006，6:1155.

［3］ Ruce Johnson.Photoelectronics:where have we been，and where are we going［J］.Image Intensifiers and Application II，2000，4128:134-142.

［4］ L Golonka.Influence of composition and construc-tion parameters on the basic properties of thick film thermistors［J］.Hybrid Circuits，1992，28:9-12.

［5］ Imothy，W Sinor，E J Bender，et al.New frontiers in 21st century microchannel plate technology:Bulk Conductive MCP Based Image Intensifiers［J］.Image Intensifiers and Application II，2000，4128:5-13.

［6］ 王辉，杨海，张建生.无刷直流电机无传感器反向电动势过零检测及校正［J］.长春工业大学学报:自然科学版，2006，27（1）:48-51.

［7］ 李仁定.电机的微机控制［M］.北京:机械工业出版社，1999.

［8］ 沈文.AVR单片机C语言开发入门指导［M］.北京:清华大学出版社，2003.