基于步進電機的液晶顯示系統

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一液晶數字車輛儀表的軟件設計方法。該軟件應用于儀表內部的核心器件微處理器中，它通過控制微控制器內部的資源結合外圍電路，進行模擬和數據信號的采集和運算處理，并通過控制步進電機和液晶進行實時顯示。數字儀表的設計關鍵就是微處理器的內部軟件的設計，軟件的好與壞主要取決于儀表采樣的精度，顯示的準確性及數據顯示的人性化等［1－2］。為了更好地說明軟件的使用及功能，通過如下幾個方面進行介紹。

1 軟件應用環境介紹

1.1 軟件應用數字儀表面板

本軟件應用的數字儀表面板如圖1所示。

通過了解面板的結構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、油壓傳感器信號、油量傳感器信號和轉速傳感器信號通過步進電機顯示。

2）工作時間小計用7段碼液晶顯示［3］。

圖1 軟件應用數字儀表面板圖

1.2 軟件對應傳感器參數說明

軟件對應傳感器參數說明表說明了各個傳感器的具體參數和誤差范圍，是軟件計算的基礎。通過采樣值和給定參數才可以計算出要顯示的數值，見表1～表3。

表2 發動機油壓傳感器參數

表3 油量傳感器參數

2 軟件設計說明

2.1 軟件結構

軟件結構如圖2所示。

圖2 軟件結構圖

2.2 軟件關鍵設計說明

1）控制單片機內部10位A／D轉換器進行模擬信號的采集，包括油量傳感器信號、水溫傳感器信號、油壓傳感器信號，通過A／D采樣后進行計算，折算成電機顯示的角度，通過單片機控制步進電機進行顯示［4］。

2）控制單片機內部定時器和外部中斷進行轉速信號的采集。

3）通過測量轉速信號大于一定的轉速時，小時計時器開始工作，并且可以通過一個外部開關清零。

4）為了防止電機丟步累積效應，在每次儀表的上電過程中，使電機回走一定的步數，可確保電機長期準確地工作［5］。

5）儀表具有掉電檢測功能，當單片機檢測到發動機電源低于一定的門檻值時，關閉液晶顯示，4個電機歸零，并且將小時計值存儲在單片機內置存儲器中，在下一次上電過程中，從單片機內置存儲器中讀出并顯示出來。

2.3 軟件流程圖

單片機程序流程如圖3所示。

圖3 單片機程序流程

2.4 軟件編譯環境及燒寫工具介紹

軟件的編譯采用了ICCAVR version7.14C編譯軟件［6］，是一個綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環境IDE可在WINDOWS9X／NT下工作，符合ANSI標準的C語言來開發MCU程序的一個工具，具有功能合適、使用方便、技術支持強大等優點。ICCAVR就是ATMEL公司為AVR單片機開發的編譯工具［7］。

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

2.5 軟件的特點及重要功能詳述

軟件不單體現了單片機靈活的控制能力，還加入多個運算部分和邏輯控制部分用來去除實際應用環境中硬件帶來的干擾。

2.5.1 數據采集方法

1）多次采樣計算平均值，可以去除白噪聲的干擾。

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

1）間隔適當時間循環采集按鍵狀態，這樣不會占用單片機內核太多的資源。

2）通過設置狀態字來指示按鍵的狀態，設計相應的狀態圖，這樣能夠更好地處理長按鍵、短按鍵、按鍵干擾等情況。

2.5.3 信息顯示方法

1）步進電機顯示。采用單片機控制步進電機進行微步顯示，使指針每次移動1／12°，轉動流暢，視覺效果更好，指針無抖動。并且采用了指針運動減速方法，就是當信號大幅度改變時，采用先全速后減速的方法，使得指針看起來轉動動感更強。如車輛加大油門時，發動機的轉速會迅速提高，本軟件就可以控制步進電機迅速的轉動，當接近實際值時，步進電機指針轉動變慢，視覺效果較指針勻速運行時要好的多。

2）液晶顯示包括總里程顯示、里程小計和實時時間的切換顯示、燃氣量顯示。其中，實時時間采用動態顯示，小時和分鐘中間的“.”閃爍顯示。

3 結 語

隨著電子技術的廣泛應用，傳統汽車模擬動磁線圈儀表向以微處理器為核心的步進馬達儀表過渡已成為必然趨勢。然而，國內農用及工程車輛儀表數字化水平還不高，絕大部分車輛儀表仍以模擬動磁式為主。由于模擬動磁儀表指示內容單一，并且在路況差的地段行駛時指針會明顯抖動，大大降低了儀表指示的精確度。在這種情況下，研究開發具有自主產權的車輛儀表控制系統，成為車輛電子現代化的發展新潮流，具有非常廣闊的發展空間。

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［4］ L Golonka.Influence of composition and construc-tion parameters on the basic properties of thick film thermistors［J］.Hybrid Circuits，1992，28:9-12.

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［7］ 李仁定.電機的微機控制［M］.北京:機械工業出版社，1999.

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