熊杰

（黃岡師范學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

純電動(dòng)汽車(chē)上主要有車(chē)速里程、電池溫度、時(shí)速、剩余電量以及相關(guān)指示燈的顯示信息。筆者使用全功能覆晶玻璃（COG）液晶顯示器—PCA8538作為顯示屏，把電動(dòng)汽車(chē)的儀表信息和指示燈通過(guò)數(shù)字和圖形的方式更加直觀地顯示，同時(shí)加入語(yǔ)音提示功能，提高了電動(dòng)汽車(chē)的安全性和實(shí)用性。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以Cortex－M3為控制核心，采用恩智浦半導(dǎo)體公司發(fā)布的PCA8538作為電動(dòng)汽車(chē)的顯示器。系統(tǒng)包括主控芯片、顯示模塊、操作按鍵電路、語(yǔ)音播報(bào)電路，以及用于系統(tǒng)調(diào)試的串口調(diào)試電路。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主控芯片選用TI公司設(shè)計(jì)的LM3S811芯片，該芯片是采用32位Cortex－M3結(jié)構(gòu)，最高時(shí)鐘頻率50MHz，電源電壓為3.3V，64kHz的單周期FLASH；3個(gè)32位通用定時(shí)器，可分成6個(gè)16位定時(shí)器使用；1組模擬比較器和I2C接口；1組同步串行接口 （SSI），2個(gè)異步 串行接 口（UART）；4通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）；3個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào) （PWM）模塊，32個(gè)通用輸入輸出管腳（GPIO）及硬件看門(mén)狗等。

2.2 PCA8538顯示屏

PCA8538是恩智浦（NXP）公司設(shè)計(jì)的一款全功能COG LCD驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)用于復(fù)用速率高至1:9的高對(duì)比度垂直排列 （VA）LCD。它包含多達(dá)9個(gè)背板、102個(gè)字段，最高達(dá)918像素。PCA8538集成了內(nèi)部充電泵，通過(guò)其內(nèi)置電容可在片內(nèi)產(chǎn)生LCD驅(qū)動(dòng)電壓。PCA8538提供LCD電源電壓的可編程溫度補(bǔ)償，確保整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有最佳且穩(wěn)定的對(duì)比度。PCA8538可由微控制器通過(guò)雙線I2C總線或四線式雙向SPI總線輕松控制。

系統(tǒng)采用PCA8538能夠顯示的信息，即車(chē)速、左/右轉(zhuǎn)、電池電量、車(chē)門(mén)關(guān)否、大燈、里程表、電池溫度、空調(diào)狀態(tài)、駐車(chē)制動(dòng)以及系統(tǒng)時(shí)間顯示等。圖2為PCA8538顯示屏用于電動(dòng)汽車(chē)調(diào)試時(shí)全點(diǎn)亮?xí)r的界面。點(diǎn)陣區(qū)從左至右依次為左轉(zhuǎn)向燈、駐車(chē)制動(dòng)、電池電量（滿電量）、車(chē)速（34 km·h－1）、車(chē)門(mén)狀態(tài)（車(chē)門(mén)未關(guān)閉）、右轉(zhuǎn)向燈、電壓電流正常。第2排點(diǎn)亮分別為汽車(chē)大燈、電壓電流正常、里程表（3812km）。第3排點(diǎn)亮分別為電池溫度（52℃）、空調(diào)致冷打開(kāi)、時(shí)間顯示（14：23）。 PCA8538與主控制器硬件連接電路如圖3所示，通過(guò)I2C總線對(duì)PCA8538進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

圖2 PCA8538應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)全顯示圖

圖3 PCA8538與LM3S811接口電路

2.3 語(yǔ)音播報(bào)電路

語(yǔ)音錄放芯片ISD1700是華邦I(lǐng)SD公司2007年新推出的單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路。該芯片提供多項(xiàng)新功能,包括內(nèi)置專(zhuān)利的多信息管理系統(tǒng)、新信息提示、雙運(yùn)行模式及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等全方位整合系統(tǒng)功能。有獨(dú)立按鍵模式和SPI接口模式2種控制方式，其硬件電路如圖4所示。

圖4 語(yǔ)音播報(bào)電路

該芯片通過(guò)SPI總線與單片機(jī)相連，通過(guò)單片機(jī)SPI控制ISD1700錄音，包括“拉起駐車(chē)制動(dòng)”、“電池電量不足”、“您已超速”、“車(chē)門(mén)未關(guān)閉”、“電池溫度過(guò)高”、“電壓電流異?！?。該語(yǔ)音提示系統(tǒng)能夠使駕駛員安全、正確地行車(chē)。

2.4 模擬控制鍵盤(pán)電路

在調(diào)試PCA8538過(guò)程中，除了使用上位機(jī)軟件進(jìn)行調(diào)試外，利用矩陣鍵盤(pán)來(lái)模擬電動(dòng)汽車(chē)的控制系統(tǒng)。鍵盤(pán)主要包括左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向鍵盤(pán)，駐車(chē)制動(dòng)、大燈控制、4個(gè)車(chē)門(mén)模擬開(kāi)關(guān)、時(shí)間調(diào)整按鍵，模擬電動(dòng)汽車(chē)電池增加減少按鍵和電動(dòng)汽車(chē)油門(mén)增加減少按鍵?？刂奇I盤(pán)與LM3S811的硬件連接，如圖5所示，掃描鍵盤(pán)的方式采用矩陣掃描方式。

圖5 單片機(jī)鍵盤(pán)接口電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PC與LM3S811與傳輸協(xié)議

PC機(jī)主要用來(lái)對(duì)PCA8538顯示屏進(jìn)行調(diào)試，PC機(jī)與主控芯片LM3S811通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸波特率為115200 b·s。表1為PC機(jī)與LM3S811通信的編碼和解碼傳輸協(xié)議。例如：PC機(jī)發(fā)送 “deng1”，LM3S811通過(guò)解碼，并對(duì)大燈變量deng進(jìn)行賦值 deng=1。

表1 PC機(jī)與LM3S811通信的編碼和解碼傳輸協(xié)議

3.2 系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)使用前對(duì)IO口、PCA8538、串口1、中斷、定時(shí)器進(jìn)行初始化，并對(duì)所有顯示緩沖區(qū)清零，接著系統(tǒng)讀取按鍵，通過(guò)調(diào)用dispose_display（）函數(shù)在點(diǎn)陣區(qū)根據(jù)按鍵開(kāi)關(guān)量對(duì)應(yīng)顯示信息，同時(shí)通過(guò)調(diào)用display_time（）、 display_km（）、display_deng（）函數(shù)在段碼區(qū)顯示時(shí)間數(shù)據(jù)、里程數(shù)據(jù)、大燈信息。然后通過(guò)調(diào)用display_tmp（）函數(shù)在段碼區(qū)顯示電池溫度信息。系統(tǒng)的主函數(shù)代碼如下：

4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

該上位機(jī)軟件通過(guò)VC++軟件編寫(xiě)，可以將界面上的控制信息通過(guò)串口傳輸至LM3S811，LM3S811處理串口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行處理，并顯示在PCA8538顯示屏中。控制界面如圖6所示。PCA8538顯示界面如圖7所示。

圖6 PCA8538調(diào)試上位機(jī)

圖7 電動(dòng)汽車(chē)儀表盤(pán)

5 總結(jié)

本應(yīng)用是使用TI公司生產(chǎn)的PCA8538顯示屏在電動(dòng)汽車(chē)儀表中的使用，PCA8538提供LCD電源電壓的可編程溫度補(bǔ)償，確保整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有最佳且穩(wěn)定的對(duì)比度，能夠提高儀表的直觀顯示。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：1）電動(dòng)汽車(chē)中使用數(shù)字儀表；2）電動(dòng)汽車(chē)使用語(yǔ)音提示提高駕駛車(chē)輛安全性；3）PCA8538應(yīng)用于汽車(chē)儀表的實(shí)現(xiàn)。

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