基于步進(jìn)電機(jī)的液晶顯示系統(tǒng)

閆 冬， 劉慶飛， 楊 博，韓 律， 胡 波， 李 明

0 引 言

文中介紹一款四電機(jī)一液晶數(shù)字車輛儀表的軟件設(shè)計(jì)方法。該軟件應(yīng)用于儀表內(nèi)部的核心器件微處理器中，它通過(guò)控制微控制器內(nèi)部的資源結(jié)合外圍電路，進(jìn)行模擬和數(shù)據(jù)信號(hào)的采集和運(yùn)算處理，并通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)和液晶進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。數(shù)字儀表的設(shè)計(jì)關(guān)鍵就是微處理器的內(nèi)部軟件的設(shè)計(jì)，軟件的好與壞主要取決于儀表采樣的精度，顯示的準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)顯示的人性化等［1－2］。為了更好地說(shuō)明軟件的使用及功能，通過(guò)如下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1 軟件應(yīng)用環(huán)境介紹

1.1 軟件應(yīng)用數(shù)字儀表面板

本軟件應(yīng)用的數(shù)字儀表面板如圖1所示。

通過(guò)了解面板的結(jié)構(gòu)和主要顯示功能可以更好地了解軟件的具體功能，主要顯示功能有:

1）水溫傳感器信號(hào)、油壓傳感器信號(hào)、油量傳感器信號(hào)和轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)顯示。

2）工作時(shí)間小計(jì)用7段碼液晶顯示［3］。

圖1 軟件應(yīng)用數(shù)字儀表面板圖

1.2 軟件對(duì)應(yīng)傳感器參數(shù)說(shuō)明

軟件對(duì)應(yīng)傳感器參數(shù)說(shuō)明表說(shuō)明了各個(gè)傳感器的具體參數(shù)和誤差范圍，是軟件計(jì)算的基礎(chǔ)。通過(guò)采樣值和給定參數(shù)才可以計(jì)算出要顯示的數(shù)值，見表1～表3。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)油壓傳感器參數(shù)

表3 油量傳感器參數(shù)

2 軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明

2.1 軟件結(jié)構(gòu)

軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

2.2 軟件關(guān)鍵設(shè)計(jì)說(shuō)明

1）控制單片機(jī)內(nèi)部10位A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)的采集，包括油量傳感器信號(hào)、水溫傳感器信號(hào)、油壓傳感器信號(hào)，通過(guò)A／D采樣后進(jìn)行計(jì)算，折算成電機(jī)顯示的角度，通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行顯示［4］。

2）控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器和外部中斷進(jìn)行轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集。

3）通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)速信號(hào)大于一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，小時(shí)計(jì)時(shí)器開始工作，并且可以通過(guò)一個(gè)外部開關(guān)清零。

4）為了防止電機(jī)丟步累積效應(yīng)，在每次儀表的上電過(guò)程中，使電機(jī)回走一定的步數(shù)，可確保電機(jī)長(zhǎng)期準(zhǔn)確地工作［5］。

5）儀表具有掉電檢測(cè)功能，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)電源低于一定的門檻值時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，4個(gè)電機(jī)歸零，并且將小時(shí)計(jì)值存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)置存儲(chǔ)器中，在下一次上電過(guò)程中，從單片機(jī)內(nèi)置存儲(chǔ)器中讀出并顯示出來(lái)。

2.3 軟件流程圖

單片機(jī)程序流程如圖3所示。

圖3 單片機(jī)程序流程

2.4 軟件編譯環(huán)境及燒寫工具介紹

軟件的編譯采用了ICCAVR version7.14C編譯軟件［6］，是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境IDE可在WINDOWS9X／NT下工作，符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言來(lái)開發(fā)MCU程序的一個(gè)工具，具有功能合適、使用方便、技術(shù)支持強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。ICCAVR就是ATMEL公司為AVR單片機(jī)開發(fā)的編譯工具［7］。

燒寫程序軟件采用的是AVRstudio［8］，這款軟件是Atmel官方發(fā)行的免費(fèi)軟件，其強(qiáng)大的功能和正中的血統(tǒng)使其成為絕大部分AVR開發(fā)者必不可少的工具。

2.5 軟件的特點(diǎn)及重要功能詳述

軟件不單體現(xiàn)了單片機(jī)靈活的控制能力，還加入多個(gè)運(yùn)算部分和邏輯控制部分用來(lái)去除實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中硬件帶來(lái)的干擾。

2.5.1 數(shù)據(jù)采集方法

1）多次采樣計(jì)算平均值，可以去除白噪聲的干擾。

2）多次采樣后順序排列數(shù)據(jù)，取中間值，這樣可以去除瞬間高電壓電流帶來(lái)的干擾。2.5.2 按鍵信息采集方法

1）間隔適當(dāng)時(shí)間循環(huán)采集按鍵狀態(tài)，這樣不會(huì)占用單片機(jī)內(nèi)核太多的資源。

2）通過(guò)設(shè)置狀態(tài)字來(lái)指示按鍵的狀態(tài)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的狀態(tài)圖，這樣能夠更好地處理長(zhǎng)按鍵、短按鍵、按鍵干擾等情況。

2.5.3 信息顯示方法

1）步進(jìn)電機(jī)顯示。采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行微步顯示，使指針每次移動(dòng)1／12°，轉(zhuǎn)動(dòng)流暢，視覺效果更好，指針無(wú)抖動(dòng)。并且采用了指針運(yùn)動(dòng)減速方法，就是當(dāng)信號(hào)大幅度改變時(shí)，采用先全速后減速的方法，使得指針看起來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)感更強(qiáng)。如車輛加大油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)迅速提高，本軟件就可以控制步進(jìn)電機(jī)迅速的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)接近實(shí)際值時(shí)，步進(jìn)電機(jī)指針轉(zhuǎn)動(dòng)變慢，視覺效果較指針勻速運(yùn)行時(shí)要好的多。

2）液晶顯示包括總里程顯示、里程小計(jì)和實(shí)時(shí)時(shí)間的切換顯示、燃?xì)饬匡@示。其中，實(shí)時(shí)時(shí)間采用動(dòng)態(tài)顯示，小時(shí)和分鐘中間的“.”閃爍顯示。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)汽車模擬動(dòng)磁線圈儀表向以微處理器為核心的步進(jìn)馬達(dá)儀表過(guò)渡已成為必然趨勢(shì)。然而，國(guó)內(nèi)農(nóng)用及工程車輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大部分車輛儀表仍以模擬動(dòng)磁式為主。由于模擬動(dòng)磁儀表指示內(nèi)容單一，并且在路況差的地段行駛時(shí)指針會(huì)明顯抖動(dòng)，大大降低了儀表指示的精確度。在這種情況下，研究開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的車輛儀表控制系統(tǒng)，成為車輛電子現(xiàn)代化的發(fā)展新潮流，具有非常廣闊的發(fā)展空間。

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