基于单片机的车用数字仪表设计与实现

李文华+彭森

摘 要：本文论述了以单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表（VDI）的设计与实现。该仪表系统具有显示直观、准确，使用方便可靠等优点，代表了车用仪表的最新发展趋势。

关键词：单片机；传感器；车用数字仪表

车辆仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面，是车辆安全行驶的重要保证。随着电子技术的广泛应用，传统汽车仪表逐渐被微处理器为核心的电子控制数字仪表取代已成为必然趋势。然而，目前国内车辆仪表数字化水平还不高，绝大部分仪表还是模拟式的，而大多数模拟仪表表头的体积较大、数量多，使得显示系统拥挤不堪，影响美观；另外一些模拟仪表故障率高，增加了用户的经济负担，减小了车辆行使的安全系数。

为克服这些缺点，文中提出用单片机、模/数转换器件ADC0809及霍尔开关及数字式温度传感器DS18B20等对其进行技术改进，设计并实现了新型全数字仪表系统，该仪表系统有显示直观准确、灵敏度高、使用寿命长、灵巧美观、成本低等优点。

1 工作原理

本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成，硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换，各种信息的显示等；软件主要完成信号的处理及控制功能等。

其工作原理是89C单片机依次查询各传感器的输出信号（气压、油压等模拟传感器输出的模拟信号需要经过ADC0809进行模数转换）； 然后89C51对输入信号进行相应处理后通过显示模块44780输出，同时还可输出各种告警信号。

2 硬件设计

该系统硬件主要包括以下几个模块： 89C51主控模块、传感器模块、ADC0809模/数转换模块、44780显示模块等。其中89C51主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能，ADC0809完成将模拟信号转换成数字信号的功能，44780显示模块完成字符、数字的显示功能。

2.1 显示模块LM12864

本系统采用LM12864驱动的LCD，HD44780（KS0062）是用低功耗CMOS技术制造的大规模点阵LCD控制器（兼带驱动器），和4bit/8bit微处理器相连，它能使点阵LCD显示大小写英文字母、数字和符号等丰富的信息，同时有较强的通用性应用，使用方便，用户能用少量元件就可组成一个完整点阵LCD系统，送入相关的数据和指令就可实现所需的显示。LM1286显示模块有8条数据线，3条控制线。可与微处理器或微控制器相连，通过送入数据和指令，就可使模块正常工作，44780显示模块和89C单片机连接电路.需要说明的是，真正投入使用的显示模块需要根据车辆生产厂家对仪表显示界面的具体需求到液晶生产公司定制。

2.2 A/D转换模块

由于本系统需处理多路模拟信号，故采用ADC0809 A/D转换模块，它采用逐次逼近的方法完成A/D转换；其片内带有锁存功能的8 路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟电压信号进行转换， 完成一次转换约需100μs。其输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机89C51的P0口。

2.3 测速传感器

经调查，速度传感器是车辆传感器中的易损器件，所以该系统对测速传感器进行了改进，测速传感器由霍尔开关、磁铁组成。其工作原理是将霍尔开关和磁铁分别安装在车架、车轮的适当位置，车辆行驶时，在磁铁的作用下，霍尔开关产生开关信号，通过在单位时间对其计数可计算出车辆的行驶的瞬时速度，累计开关信号可计算出车辆行使的距离。它具有灵敏度高、价格低廉、不易损坏等优点。

3 软件设计

该系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与A/D转换子程序、显示子程序、告警子程序等六大模块组成，因为C语言编写的软件易于实现模块化，生成的机器代码质量高、可读性强、移植好，所以本系统的软件采用C语言编写，在Keil Vision3 Demo版本的集成开发环境下进行编译连接。

3.1 主程序设计

主程序主要完成硬件初始化、子程序调用等功能，主程序流程图如图1所示。

4 仿真調试

选用启东达爱思单片机仿真实验开发系统软硬件一起在线仿真调试，采用“自底向上逐步集成”的策略，逐模块进行仿真测试，在此基础上逐步集成

5 结束语

随着电子技术的广泛应用，车辆仪表显示屏幕的液晶化必将成为一种发展趋势，文中提出利用单片机和新型传感器对车用仪表进行改进，目前原型机已取得成功。运行结果表明，新型数字仪表系统可靠性高、使用方便，下一步将在此基础上开发综合信息系统，扩充显示和控制的信息种类，如：交通地图信息、行程信息、网络信息、电话信息、控制空调系统及音响系统等，给用户提供更大的方便。

参考文献

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作者简介

李文华，邵阳学院信息工程系电子科学与技术专业学生

通讯作者 （指导老师）

彭森，邵阳学院信息工程系教师