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總線的混合動力汽車綜合顯示儀。通過軟件實現預置畫面與現場實時數據組合顯示，并隨時根據需要對顯示界面進行修改和擴充。實驗表明，該綜合顯示儀表不僅保證了信息處理的實時性，并能夠將表征混合動力汽車工作狀態的數據通過指針式畫面、數值式畫面或動力傳輸示意圖及時顯示出來。
關鍵詞： 混合動力汽車；綜合顯示儀；DSP；CAN總線
在能源短缺和純電動汽車電池技術未得到突破發展的背景下，混合動力汽車已經成為當今世界汽車工業發展的前沿技術[1]。混合動力汽車需要兩套動力系統配合工作，將不同動力系統的實時工作狀態及時反映給駕駛員，為駕駛員提供全面的行車信息。我國普遍生產使用的是燃油汽車，所以，目前普遍采用的步進電機式數字儀表也是針對燃油發動機相關參數而設計的。如果在其面板中改進，增加更加復雜的圖像以顯示混合動力汽車的相關參數，特別是反映動力源工作狀態的參數，將很難保證系統的清晰性、實時性和穩定性。相對而言，用圖形界面反映動力系統的工作狀態是最直接、最清晰的方式之一，然而混合動力汽車又分為串聯型、并聯型和混聯型[2]。這種情況下，如果用圖形界面來反映混合動力汽車動力系統的工作狀態，則需要根據不同的類型設計不同的界面，在此設計一款顯示界面清晰、直觀，并且能夠方便進行再開發和再改動的綜合顯示儀。
1 設計思路
本設計利用車輛網絡優勢，從CAN總線上采集混合動力汽車綜合顯示儀所需要的數據，如車速、轉速、檔位、電池荷電狀態(SOC)、動力系統工作狀態等，經DSP處理后進行各種實時控制和顯示。區別于傳統的儀表面板，該顯示儀采用彩色液晶顯示器作為顯示終端，動態顯示所采集并用軟件處理過的數據，可隨時根據需要，由軟件實現顯示界面的修改和擴充。
2 硬件設計
硬件結構框圖如圖1所示。主要包括：電源復位電路、CAN通信接口電路、SCI通信與電平隔離轉換電路、液晶接口電路等。TMS320F2812 DSP不斷地從CAN總線獲取數據，對數據進行識別、計算處理后，由SCI經過MAX232送往YD711彩色智能液晶顯示器，與“預置畫面”組合顯示。
2.1 電源復位電路
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位狀態，器件的上電/掉電需要滿足一定的時序要求。TI的專用電源芯片TPS767D318可通過5 V穩壓電源，提供滿足DSP內核所需的1.8 V電壓和其外設所需的3.3 V電壓，在PIN4和PIN10之間串聯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的上電時序要求，R、C的取值取決于時間常數?子。1Reset(PIN28)和2Reset(PIN22)內部連接的是“與”門漏極開路驅動器，因此PIN28和PIN22并聯的結果是：只要任何一端輸出為低，都將引起DSP復位。采用DC/DC穩壓電源以及嚴格隔離數字地和模擬地的設計，從硬件上保證了系統的抗干擾性，如圖2所示。
2.2 CAN通信接口電路與數據電平轉換電路
TMS320F2812 DSP中集成的CAN總線模塊為增強型CAN(eCAN)模塊，支持CAN技術規范2.0B，最高速率達1 Mb/s，并帶光電隔離[3，4]。在基于DSP的混合動力汽車綜合顯示系統中，CAN總線接口是在集成的eCAN模塊的基礎上，外擴了TI公司的3.3 V CAN總線收發器SN65HVD232。使用CAN總線方式使得整體系統工作更加及時、準確，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準RS-232C通信方式，系統采用MAX232芯片將DSP輸出的典型3.3 V電平數據轉換為RS-232C電平。CAN通信接口電路與數據電平轉換電路如圖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RS232C口的TXD（PIN3）與MAX232的T1out(PIN14)連接；液晶的緩沖區寄存器DTR（PIN15）通過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發送數據之前，首先應判斷移位寄存器是否為空，為空時再檢查DTR信號。若DTR為高電平，則表示緩沖區滿，要等到DTR信號變為低電平后再發送數據。即DTR為低電平時發送數據，DTR為高電平時停止數據發送。
3 軟件設計
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模塊的運用。在對各寄存器初始化以后，啟動CAN模塊接收數據；判斷數據的類型，如判斷是轉速、水溫還是其他，并將數據分別存放到相應的郵箱中；判斷數據是否正確，采用“差異判別標志”方法來識別數據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抗干擾能力。例如：當此次所接收的數據與上次接收的數據相比存在較大差異時，軟件暫時只保留數據而不將其送往液晶顯示，并打開一個“差異判別標志”，并將所保留的數據再與下一幀數據進行比較，直到相鄰幾個數據不存在較大差異時，才認為是正確的數據，這時清除“差異判別標志”并由SCI將數據送往液晶顯示。外部PIE模塊用以實現駕駛員按鍵選擇畫面部分的功能。TMS320F2812的3個外部中斷源分別對應3個按鍵，當有按鍵觸發信號產生，主程序跳轉至外部中斷服務子程序ISR中，判斷選擇的是哪幅畫面并將其顯示，中斷子程序返回主程序。
4 試驗結果
根據混合動力汽車的特性，綜合顯示儀所顯參數及其范圍設定為：車速(0～180 km/h)、轉速(0～6500 r/min)、檔位(停車檔-P、倒車檔-R、空檔-N、前進檔-D、行車檔-S、低速檔-L)、電池荷電狀態（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慣的需求，本綜合顯示儀共繪制了3幅預置畫面：指針式畫面、數值式畫面和動力傳輸示意圖畫面。在動力傳輸示意圖這個畫面里，系統將其中的小箭頭作為變化部分，通過程序對小箭頭進行連續填充，達到動態跑動的效果。綜合顯示儀控制系統的調試結果如圖6、圖7、圖8所示。
試驗表明，該綜合顯示儀能按設計要求正常穩定地顯示汽車運行時的相關參數；能與預置畫面結合顯示；駕駛員可通過按鍵方便地切換顯示畫面。當動力源以及動力傳遞方向發生改變時，動力傳輸示意圖里的箭頭運動方向也跟著改變，非常直觀明確地顯示汽車動力系統的工作狀態。
參考文獻
[1] 陳清泉．現代電動汽車技術[M]．北京：北京理工大學出 版，2002．
[2] 陳全世，楊宏亮，田光宇．混合動力電動汽車結構分析[J]． 汽車技術，2001(9)：6-10．
[3] 張衛寧．TMS320C28X系列DSP的CPU與外設(上冊)[M]． 北京：清華大學出版社，2004．
[4] 吳俊，劉和平．基于TMS320F2812內嵌eCAN模塊的CAN 總線通信[J]．電子設計應用，2003，35(10)：45-46．