制动器、安全带、电瓶、 发动机报警灯同时亮
转速表
８
０ｘ７Ｆ
４ ０００ｒ／ｍｉｎ
水温表
８
Ｏｘ７Ｆ
车速表
１３
Ｏ’曲３Ｅ８
输出信号主要包括ＬＣＤ显示信息、转速、车速、 水温和油量信号。采用６３４５芯片将ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６ 的串行输出转换为并行输出，通过它控制挡位灯以 节省Ｉ／Ｏ端口。
汽车仪表整体设计时考虑了电磁兼容性和电源 设计问题。在兼容性方面，电路设计以及布线结构 设计采取了提高仪表样机电磁兼容性的措施。电路 设计包括选择电子元件、电路结构、采用干扰抑制技 术的方案以及确定合理的连线和接地方法。布线结 构设计主要包括连线和接地方法、布线方式、不同电 路的电磁屏蔽隔离以及抗干扰规划、结构类型、材料 选用和材料接触腐蚀等Ｈ Ｊ。
Ｃａｏ Ｘｉａｏｌｉｎｌ，Ｗａｎｇ Ｄｅｎｇｆｅｎ９１，Ｃｈｅ Ｘｉａｏｌｅｉｌ，Ｎｉ Ｙｉｎｇｘｉａｎ９１，Ｒｕａｎ Ｓｈａｏｆａｎ２＆Ｓｏｎｇ Ｌｉａｎｂｉｎ２ １．埘讯Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｔａｔｅ研Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２； ２．脚ｆ昭Ｈｕｉｙｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓ／ｐ／ｎｇ １３６００１
图６指示灯和挡位的电路原理图
２软件设计
图４液晶屏各段定义
图５显示全部段的液晶屏 １．４指示灯和挡位的电路设计
仪表上的许多信息与警示信号都由发光二极管 显示，每个发光二极管都需要一个Ｉ／Ｏ端口控制，但 由于ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６芯片的Ｌ／Ｏ端口数量有限，故采 用２个包含８位移位寄存器的ｐ．ＰＤ６３４５芯片与 ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６芯片的串行外围设备接口（ＳＰＩ）通 信，利用３个引脚扩展后控制１６个发光二极管，如 图６所示。上面的ｔ．ＬＰＤ６３４５控制６个发光二极管， 分别为自动挡指示灯、驻车灯、倒车灯、空挡灯、自动 挡开和手动挡开；下面的斗ＰＤ６３４５控制１个７段式 数码发光二极管，用于显示挡位。图７为ｌａＪａＤ６３４５ 的输出全部为低电平时点亮各挡位显示的情形。
［摘要】设计了ＣＡＮ总线、步进电机驱动、液晶显示驱动和挡位与警示灯控制等仪表核心电路模块，完成了整 个组合仪表硬件的研发，并编制了仪表的控制软件。检测结果表明，仪表指针指示正确、稳定，里程、报警和挡位显 示准确。 关键词：汽车；ＣＡＮ总线；数字仪表；设计
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＣＡＮ Ｂｕｓ—ｂａｓｅｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
１７ Ｍ２ＣＯＫ翻Ⅵ２ＣｏＳＭ礓飞，Ｏ
１８ 、１２ＣＯＰＭ２ＣＯＳＰ卞Ｖｌ １９ 、１２ｃ ｌ卜仆１２ＳＩｍ仰Ｖ２
２０ 、１２Ｃ ｌＰ’～ｉ２ＳＩＮＲＰＶ３
２ｌ Ｍ３ＣＯＭ：Ｍ３ＣＯＳＭ巾Ｖ４ ２２ Ｍ３ＣＯｐ、１３ＣＯＳＰ中Ｖ５
２３ Ｍ３Ｃｌ卜ｔ仉１３ＳｌＮｈＩ，ＰＶ６
２４ ～ＢＣ ｌＨ、１３ＳＩＮＰ ４ＰＶ７
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅｓ ｆｏｒ ＣＡＮ ｂｕｓ，ｓｔｅｐｐｅｒ
ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ，ｌｉｑｕｉｄ－ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｒｉｖｅ ａｎｄ ｇｅａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ／ａｌａｒｍ ＬＥＤｓ ｃｏｎｔｒｏｌ，ＳＯ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔ· ｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔｅｒｓ ｏｆ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ ａｎｄ ｓｔａｂｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｌｅａｇｅ，ｇｅａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｌａｒｍ ＬＥＤｓ ｄｉｓｐｌａｙ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．
对仪表上的４个步进电机实时性要求较高，故采用实
时中断来控制步进电机。主程序流程如图８所示。 按照上述流程，文中用Ｃ语言设计了汽车ＣＡＮ
总线仪表的主程序框架。在后台程序中任务１至任
后台
前台
图８主程序流程图
万方数据
２０１０（Ｖ０１．３２）Ｎｏ．１
曹晓琳，等：汽车ＣＡＮ总线数字组合仪表设计
·８９·
务ｎ分别为仪表上的功能模块函数，每个函数可完 成相应的动作。在前台程序中完成对步进电机新变 量的赋值，并调用步进电机驱动函数执行新变量。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ；ＣＡＮ ｂｕｓ；ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｄｅｓｉｇｎ
日ＩＪ舀
汽车仪表是汽车工作状态的信息显示中心，是 驾驶员与汽车进行信息交流的平台，是保证汽车安 全行驶的关键零部件之一…。近年来随着微电子技 术、控制技术、网络通信技术的发展，ＣＡＮ总线协议 在车载电控系统中得到了广泛应用，因此汽车仪表 可通过ＣＡＮ总线直接在总线网络上读取所需的输 人信号，无须专门布置传感器，从而可使汽车仪表系 统得到大大简化，同时也显著降低了仪表的成本。 因此，将ＣＡＮ总线通信应用于汽车仪表已成为发展 的必然趋势¨。－。
机转速、水温和油量指针显示正确、稳定，里程、报警 和挡位显示准确，从而验证了所开发ＣＡＮ总线数字 仪表功能的正确性。
表１ ＣＡＮ总线仪表测试项目
ＣＡＮ协议 标识符 ２４０Ｈ ２８０Ｈ ２ＣＯＨ
３００Ｈ
模块
占用字数／ 总线数据
Ｂｉｔ
实际显示
ｌ
ｌ 报警灯
４
Ｏｘ４０ ０∞ｌ
０ｘＡＡ
发动机故障灯亮 ＡＢＳ故障灯亮
硬件电路以飞思卡尔公司的ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６为
牵吉林省汽车产业发展专项基金（２００６００３）和长春市科技支撑计划项目（０８ＫＺｌ４）资助。 原稿收到Ｅｔ期为２００９年３月４日，修改稿收到日期为２００９年５月８日。
万方数据
２０１０（Ｖ０１．３２）Ｎｏ．１
曹晓琳，等：汽车ＣＡＮ总线数字组合仪表设计
准确定位。
ＭＩ ＭＯＴＲＯ ＳＴＥＰ
Ｍ２ ＭＯＴＲｏ Ｓ．ＩＥＰ
墨垫⑩墨垫①
Ｍ２Ｃ１Ｐ
ｎ
ＭＯＣｌＭ ｎ
—Ｍ２Ｃ１Ｍ
Ｊ＆ｉＱ盟Ｐ—
Ｊ
出④遄兰④ Ｍ３ ＭＯＴＲＯ ＳＴＥＰ Ｍ４ ＭＯＴＲＯ ＳＴＥＰ
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黼翟黜 糕噩器
Ｍ（ＣＯＭ，ＭＯＣＯＳＭ巾ＵＯ 、ＩＯＣＯＰ，‘ＭＯＣＯＳＰ．。ＰＵｌ ＭＯＣ ｌ卜Ｌｎｌ０ＳＩＮｈＬＰＵ２ Ｎ１０Ｃ ｌｐＡＩＯＳＩＮＰ，‘ＰＵ３ 卜ＩｌＣ０～ｉＡ¨ＣＯＳＭ，伊Ｕ４ ＮｉｌＣ０ｐ、ｎＣＯＳＰ ＰＵ５ ＭｌＣｌＭｊＭｌＳＩＮ～量’ＰＵ６ ＭｌＣｌＰ，ＭｌＳｒＮⅣＰＵ７
·８７ ·
际蕊可厮 核心，系统框图如图１所示。
摆Ｈ一
副艄 。’‘。。。。。。。。。。一 。ＭＣｇＳ １２ＨＺ２５６
ＴＪＡｌ０５０
ＡＮ收发器
转速表Ｉｌ车速表ＩＩ水温表｜Ｉ油量表
电源Ｈ各种报警灯¨模拟量输入
图１ ＣＡＮ总线仪表硬件模块总体框图
仪表有车速、发动机转速、水温和油量４个显示 表头，１个ＬＣＤ液晶信息显示窗口，根据仪表信号来 源，其输入信号可分为ＣＡＮ总线信号和模拟信号两 类，其中挡位、车速、发动机转速、水温、报警信号以 及ＬＣＤ显示信息等ＣＡＮ总线信号通过ＣＡＮ收发器 ＴＪＡｌ０５０送人ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６；而油量信号则作为模 拟量直接输入ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６。
油量表均采用步进电机驱动。硬件设计时只须用引
线将单片机与步进电机连接即可。图３为步进电机
驱动电路原理图，ＭＩ、Ｍ２、Ｍ３和Ｍ４分别驱动车速
Hale Waihona Puke 表、转速表、电压表和油量表，是每个步进电机工作
在双全桥模式时的硬件电路连接方法，由两个脉宽
调制（ＰＷＭ）通道控制步进电机。通道Ｘ控制线圈
０，通道ｘ＋１控制线圈１。工作中根据步进电机的原 理，通过控制脉冲个数控制角位移量来实现指针的
１ 硬件设计
根据ＣＡＮ ２．０协议，采用４路ＣＡＮ总线信号， 可从ＣＡＮ总线上接收到来自整车其它电控单元 （ＥＣＵ）的ＣＡＮ信号，将标识符为２４０Ｈ的数据帧定 义为发动机故障、制动器ＡＢＳ故障、电瓶电量低和 安全带未系等４个报警灯；标识符为２８０Ｈ的数据帧 定义为转速表和水温表；标识符为２ＣＯＨ的数据帧 定义为车速表和里程表；标识符为３００Ｈ的数据帧 定义为挡位信号。
３测试验证
目前尚没有现成的ＣＡＮ总线仪表的离线测试 系统可用，为对所开发的汽车总线仪表性能进行检 测，以Ｍ６８ＫＨ９１２ＤＰ２５６芯片为核心搭建了ＣＡＮ总 线仪表测试平台，与ＣＡＮ总线仪表组成ＣＡＮ总线 通信网络如图９所示，该平台能够发出ＣＡＮ总线仪 表所需ＣＡＮ驱动信号和模拟信号，从而实现对ＣＡＮ 总线仪表性能的检测验证，测试平台采用实车仪表 对其进行标定。
电源方面，由于它不仅为仪表供电，而且也是防 止电源干扰并让仪表稳定工作的重要前提，通过稳 压电源抑制电压波动幅度，以保证仪表工作的稳定 性。因此采用抗干扰性较好的电压分级转换、分模 块供电方式。 １．１ ＣＡＮ总线模块电路设计
采用ＭＣ９Ｓ１２ＨＺ２５６芯片的ＭＳＣＡＮ模块完成 数据链路层连接，采用ＴＪＡｌ０５０高速ＣＡＮ收发器完 成物理层连接。由于ＭＳＣＡＮ模块只能完成ＣＡＮ数 据的协议转换，故从芯片Ｔｘ引脚输出的信号和从 Ｒｘ引脚输入的信号只是单线的串行信号。而ＣＡＮ 总线采用ＣＡＮＨ和ＣＡＮＬ，分别传递两个互补的差 分信号，以便降低噪声干扰，所以ＣＡＮ总线入口处 须采用ＣＡＮ收发器完成信号转换。ＣＡＮ收发器在 总线中的位置如图２所示＂Ｊ。
作者将ＣＡＮ总线技术应用于汽车数字式组合 仪表的开发，使仪表所需的发动机转速、车速、水温、 挡位、警示信息等主要显示信号均通过其它车载电 控系统的ＣＡＮ协议接口直接读取，避免现有汽车数