摘  要： 一款以智能彩色液晶顯示器為終端的基于TMS320F2812 DSP以及CAN總線的混合動(dòng)力汽車(chē)綜合顯示儀。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)置畫(huà)面與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)組合顯示，并隨時(shí)根據(jù)需要對(duì)顯示界面進(jìn)行修改和擴(kuò)充。實(shí)驗(yàn)表明，該綜合顯示儀表不僅保證了信息處理的實(shí)時(shí)性，并能夠?qū)⒈碚骰旌蟿?dòng)力汽車(chē)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)通過(guò)指針式畫(huà)面、數(shù)值式畫(huà)面或動(dòng)力傳輸示意圖及時(shí)顯示出來(lái)。
 關(guān)鍵詞： 混合動(dòng)力汽車(chē)；綜合顯示儀；DSP；CAN總線

　　在能源短缺和純電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)未得到突破發(fā)展的背景下，混合動(dòng)力汽車(chē)已經(jīng)成為當(dāng)今世界汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)[1]。混合動(dòng)力汽車(chē)需要兩套動(dòng)力系統(tǒng)配合工作，將不同動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及時(shí)反映給駕駛員，為駕駛員提供全面的行車(chē)信息。我國(guó)普遍生產(chǎn)使用的是燃油汽車(chē)，所以，目前普遍采用的步進(jìn)電機(jī)式數(shù)字儀表也是針對(duì)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)而設(shè)計(jì)的。如果在其面板中改進(jìn)，增加更加復(fù)雜的圖像以顯示混合動(dòng)力汽車(chē)的相關(guān)參數(shù)，特別是反映動(dòng)力源工作狀態(tài)的參數(shù)，將很難保證系統(tǒng)的清晰性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。相對(duì)而言，用圖形界面反映動(dòng)力系統(tǒng)的工作狀態(tài)是最直接、最清晰的方式之一，然而混合動(dòng)力汽車(chē)又分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型[2]。這種情況下，如果用圖形界面來(lái)反映混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的工作狀態(tài)，則需要根據(jù)不同的類型設(shè)計(jì)不同的界面，在此設(shè)計(jì)一款顯示界面清晰、直觀，并且能夠方便進(jìn)行再開(kāi)發(fā)和再改動(dòng)的綜合顯示儀。
1 設(shè)計(jì)思路
　　本設(shè)計(jì)利用車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，從CAN總線上采集混合動(dòng)力汽車(chē)綜合顯示儀所需要的數(shù)據(jù)，如車(chē)速、轉(zhuǎn)速、檔位、電池荷電狀態(tài)(SOC)、動(dòng)力系統(tǒng)工作狀態(tài)等，經(jīng)DSP處理后進(jìn)行各種實(shí)時(shí)控制和顯示。區(qū)別于傳統(tǒng)的儀表面板，該顯示儀采用彩色液晶顯示器作為顯示終端，動(dòng)態(tài)顯示所采集并用軟件處理過(guò)的數(shù)據(jù)，可隨時(shí)根據(jù)需要，由軟件實(shí)現(xiàn)顯示界面的修改和擴(kuò)充。
2 硬件設(shè)計(jì)
　　硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要包括：電源復(fù)位電路、CAN通信接口電路、SCI通信與電平隔離轉(zhuǎn)換電路、液晶接口電路等。TMS320F2812 DSP不斷地從CAN總線獲取數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、計(jì)算處理后，由SCI經(jīng)過(guò)MAX232送往YD711彩色智能液晶顯示器，與“預(yù)置畫(huà)面”組合顯示。

2.1 電源復(fù)位電路
　　TMS320F2812芯片需要為CPU、Flash、ADC及I/Os提供雙電源(1.8 V和3.3 V)，在上電期間，為所有模塊賦予正確的復(fù)位狀態(tài)，器件的上電/掉電需要滿足一定的時(shí)序要求。TI的專用電源芯片TPS767D318可通過(guò)5 V穩(wěn)壓電源，提供滿足DSP內(nèi)核所需的1.8 V電壓和其外設(shè)所需的3.3 V電壓，在PIN4和PIN10之間串聯(lián)RC充電電路，目的在于使1路輸入/輸出和2路輸入/輸出有一定時(shí)間的延遲，從而使3.3 V和1.8 V的電壓輸出滿足DSP的上電時(shí)序要求，R、C的取值取決于時(shí)間常數(shù)?子。1Reset(PIN28)和2Reset(PIN22)內(nèi)部連接的是“與”門(mén)漏極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)器，因此PIN28和PIN22并聯(lián)的結(jié)果是：只要任何一端輸出為低，都將引起DSP復(fù)位。采用DC/DC穩(wěn)壓電源以及嚴(yán)格隔離數(shù)字地和模擬地的設(shè)計(jì)，從硬件上保證了系統(tǒng)的抗干擾性，如圖2所示。

2.2 CAN通信接口電路與數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換電路
　　TMS320F2812 DSP中集成的CAN總線模塊為增強(qiáng)型CAN(eCAN)模塊，支持CAN技術(shù)規(guī)范2.0B，最高速率達(dá)1 Mb/s，并帶光電隔離[3，4]。在基于DSP的混合動(dòng)力汽車(chē)綜合顯示系統(tǒng)中，CAN總線接口是在集成的eCAN模塊的基礎(chǔ)上，外擴(kuò)了TI公司的3.3 V CAN總線收發(fā)器SN65HVD232。使用CAN總線方式使得整體系統(tǒng)工作更加及時(shí)、準(zhǔn)確，提高了安全性、可靠性，更具有智能化和人性化。由于YD711型彩色液晶智能顯示器采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232C通信方式，系統(tǒng)采用MAX232芯片將DSP輸出的典型3.3 V電平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-232C電平。CAN通信接口電路與數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

2.3 YD711型智能彩色液晶接口電路
 　　液晶的移位寄存器RXD（PIN14）通過(guò)RS232C口的TXD（PIN3）與MAX232的T1out(PIN14)連接；液晶的緩沖區(qū)寄存器DTR（PIN15）通過(guò)RS232C口的DSR（PIN6）與MAX232的R1in(PIN13)連接。液晶接口電路如圖3、圖4所示。

      在DSP給YD711發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先應(yīng)判斷移位寄存器是否為空，為空時(shí)再檢查DTR信號(hào)。若DTR為高電平，則表示緩沖區(qū)滿，要等到DTR信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶笤侔l(fā)送數(shù)據(jù)。即DTR為低電平時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，DTR為高電平時(shí)停止數(shù)據(jù)發(fā)送。
3  軟件設(shè)計(jì)
      綜合顯示儀的主流程圖如圖5所示。

      程序主要涉及到eCAN模塊、PIE模塊和SCI模塊的運(yùn)用。在對(duì)各寄存器初始化以后，啟動(dòng)CAN模塊接收數(shù)據(jù)；判斷數(shù)據(jù)的類型，如判斷是轉(zhuǎn)速、水溫還是其他，并將數(shù)據(jù)分別存放到相應(yīng)的郵箱中；判斷數(shù)據(jù)是否正確，采用“差異判別標(biāo)志”方法來(lái)識(shí)別數(shù)據(jù)是屬于本身的正常躍變，還是由于干擾引起的突變，從而從軟件上保證了系統(tǒng)抗干擾能力。例如：當(dāng)此次所接收的數(shù)據(jù)與上次接收的數(shù)據(jù)相比存在較大差異時(shí)，軟件暫時(shí)只保留數(shù)據(jù)而不將其送往液晶顯示，并打開(kāi)一個(gè)“差異判別標(biāo)志”，并將所保留的數(shù)據(jù)再與下一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，直到相鄰幾個(gè)數(shù)據(jù)不存在較大差異時(shí)，才認(rèn)為是正確的數(shù)據(jù)，這時(shí)清除“差異判別標(biāo)志”并由SCI將數(shù)據(jù)送往液晶顯示。外部PIE模塊用以實(shí)現(xiàn)駕駛員按鍵選擇畫(huà)面部分的功能。TMS320F2812的3個(gè)外部中斷源分別對(duì)應(yīng)3個(gè)按鍵，當(dāng)有按鍵觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生，主程序跳轉(zhuǎn)至外部中斷服務(wù)子程序ISR中，判斷選擇的是哪幅畫(huà)面并將其顯示，中斷子程序返回主程序。
4  試驗(yàn)結(jié)果　　

　　根據(jù)混合動(dòng)力汽車(chē)的特性，綜合顯示儀所顯參數(shù)及其范圍設(shè)定為：車(chē)速(0～180 km/h)、轉(zhuǎn)速(0～6500 r/min)、檔位(停車(chē)檔-P、倒車(chē)檔-R、空檔-N、前進(jìn)檔-D、行車(chē)檔-S、低速檔-L)、電池荷電狀態(tài)（SOC 0～100%）、電流（0～200A）、電壓（額定電壓288V）、水溫（0～120 ℃）、燃油（0～100L）、里程（0～30 000 km）。考慮到駕駛員不同習(xí)慣的需求，本綜合顯示儀共繪制了3幅預(yù)置畫(huà)面：指針式畫(huà)面、數(shù)值式畫(huà)面和動(dòng)力傳輸示意圖畫(huà)面。在動(dòng)力傳輸示意圖這個(gè)畫(huà)面里，系統(tǒng)將其中的小箭頭作為變化部分，通過(guò)程序?qū)π〖^進(jìn)行連續(xù)填充，達(dá)到動(dòng)態(tài)跑動(dòng)的效果。綜合顯示儀控制系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示。

　　試驗(yàn)表明，該綜合顯示儀能按設(shè)計(jì)要求正常穩(wěn)定地顯示汽車(chē)運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)；能與預(yù)置畫(huà)面結(jié)合顯示；駕駛員可通過(guò)按鍵方便地切換顯示畫(huà)面。當(dāng)動(dòng)力源以及動(dòng)力傳遞方向發(fā)生改變時(shí)，動(dòng)力傳輸示意圖里的箭頭運(yùn)動(dòng)方向也跟著改變，非常直觀明確地顯示汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
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