基于NEC电子的汽车仪表盘专用器件ASSP CAN3+系列的解决方案

关于汽车仪表盘的专用芯片，中国汽车电子行业由于起步较晚，直到2004年前后，市场上仍然几乎没有专用于仪表盘的芯片。很多客户采用的表盘方案往往是一 颗普通的芯片，一颗步进马达的驱动芯片以及一颗LCD的驱动芯片组成。对于具有较高安全性保障要求的汽车电子产品，这样的情况从极限温度和电磁抗干扰这两 个方面来考量，只是一个没有专用的汽车级芯片情况下的无奈选择。

NEC电子从1995年开始向市场提供专业的系列芯片：CAN ASSPn。从最早的μPD780852到后来μPD780828（根据客户的需要，分别提供掩膜和flash版本的芯片）。本文以国内中、低端汽车仪表 盘的系统构成为主要对象，介绍了基于NEC电子汽车仪表盘领域的专用芯片--μPD78F0822的系统设计。

在目前的中国市场中，一般中、低端的汽车仪表盘会有如下配置：

4个步进马达驱动的显示表：车速表、转速表、燃油表、水
温表→通过0822芯片中集成的4个步进马达驱动来实 现对仪表指针的控制。
LCD显示：大、小里程→通过0822芯片中集成的LCD驱 动可以实现最大136段的显示。
蜂鸣器→用于产生各类不同的报警声诸如：安全带未系、未锁车门等。
各个功能显示小灯→通过MCU的I/O口来实现对客户所 需要的报警灯的控制。

在系统设计中以这四个模块为主要对象，说明该方案的功能实现、资源利用以及控制方法。

系统设计

在NEC电子(中国)有限公司上海分公司设计的解决方案中，使用了CAN总线来实现数据的传送、对步进电机的驱动以及对信号灯的驱动等。当然，根据客户的不同需要，也可以提供线束的方案。图1是CAN3+Demo的系统框图以及该系统中用到的CAN3+微控制器外围模块。
 

单片机接收由CAN总线发送来的数据，主要包括车速、转速、油位、温度、里程、损坏程度以及各种指示信号。单片机根据接收到数据的实际情况来驱动步进电机 从而使指针到达指定的位置。如果汽车损坏大于设定的值，则由蜂鸣器发出报警信号。如果接收到指示信号，则点亮相应的背光指示灯。为防止里程丢失，在程序运 行过程中及时保存里程值。

仪表盘从CAN总线接收到的数据是由另外一块Demo板提供的，该Demo板把采集到的与仪表盘相关的数据每隔10ms向仪表盘发送一次。

四个仪表的功能定义

1、车速表：采用步进电机驱动；车速最大量程为 200km/h，最小分度为5km/h，车速信号从CAN总线传过来。车速表指针响应时间及时。当汽车速度平稳变化时，车速表指针运动平稳。在任一恒定速度下，指针摆动范围不超过1km/h。

2、转速表：采用步进电机驱动；转速最大量程为8000r/m，最小分度为200r/m，该信号从CAN总线传过来。转速表指针响应时间及时。当转速平稳变化时，转速表指针运动平稳。在恒定转速下，在任一恒定转速下，指针摆动范围在70r/m以内。

3、燃油表：采用步进电机驱动，信号从CAN总线传过来。指针表示燃油箱中估计的燃油量。
指示图上：E--燃油箱空；F--燃油箱满。
4、水温表：采用步进电机驱动，信号从CAN总线传过来。

仪表控制器/驱动器

仪表控制器/驱动器可以驱动步进电机，从而控制外部仪表或者十字线圈。主要有以下几个功能：

可以设置8位精度的脉宽
具有1位附加功能的8+1位精度的脉宽
可以同时驱动4个360° 类型的步进电机

图2是仪表控制器/驱动器结构图。

步进电机的规格说明

所使用的步进电机的规格如下：
工作电压： 5V～10V
线圈电阻： 280Ω
消耗电流： 15mA
启动频率： 160Hz
最大驱动频率： 600Hz

为了使电机运转更加平稳，减少工作噪音，本设计中采用了细分技术，用更精密更接近正弦波的脉冲序列来驱动电机，使电机获得小脚度的微步步进(如图3)。

LCD显示

LCD部分主要显示里程累计和里程小计。

里程累计

里程累计显示总里程(0~999999km)，当它达到最大读数(999999km)时，则保持此值。
如果电池电压被断开，为了防止里程累计的值丢失，微控制器每两公里更新一次当前里程并保存在 EEPROM中。如果电池电压断开，最大累计公里丢失值为+1km，如果发现存于EEPROM中的值有误，"Error"将取代里程累计显示。

里程小计

里程小计显示在LCD的右边，它显示的是从上次里程小计清零后或电池电压断开后的行驶总里程。它的工作范围是从0～999.9km，精度为 0.1km，内容只保留在RAM中。

信号灯控制

在本设计中，信号灯采用端口控制。共设计了24个信号灯，包括转向灯、车门开灯、停车灯等等。

软件处理

主程序流程图见图4。

步进电机控制程序见图5。

CAN控制器的功能

通过0822的资源，可以通过CAN接口或线束实现数据的传输并完成对马达、指示灯、LED的控制。

结语
NEC电子的汽车仪表盘专用芯片从以下两个方面为客户带来了优势：

1.专用的汽车级芯片为极限温度和抗电磁干扰提供保证，从而大大提升了产品的安全性。

2.在芯片中集成了步进马达的驱动和LCD的驱动，为客户提供了便利：一颗芯片集成了过去三颗芯片的功能，为客户节省了系统成本；在客户布板时节省了空间，同时降低了电磁干扰。

随着汽车网络化作为汽车电子不可逆转的趋势，仪表盘作为车载网络中的一个节点，与车载网络进行通讯、交换数据的需要不可或缺。NEC电子这款带CAN通道 的μPD78F0822芯片，使仪表盘作为一个节点可以通过车载网络发送/接受命令。同时，CAN通道的介入也可以使仪表盘成为诸如KWP2000中的一 个节点，从而被列入汽车维护中的一个项目；CAN本身作为一个串口的模式，对需要使用自编程模式来进行程序更新的客户又提供了一个选择。