泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 何燕陽

汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)，一方面要克服汽車惡劣的工作條件以最好的技術(shù)可靠地提高汽車電子化程度，另一方面又要具有最低的價(jià)格優(yōu)勢，以面對市場激烈競爭，這對于設(shè)計(jì)和應(yīng)用都具有挑戰(zhàn)性。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，綜合考慮功能需求與成本因素，使用了盡量少的元器件，提供了一款性價(jià)比高的汽車溫度電子鐘的設(shè)計(jì)方法。

一、STM8S103F3器件簡介

意法單片機(jī)STM8S1O3F3工作電壓范圍寬：2.95到5.5V以及帶有時(shí)鐘監(jiān)控的時(shí)鐘安全保障系統(tǒng)，保障了單片機(jī)系統(tǒng)的高可靠性，適合作為車載電子器件。該單片機(jī)比51單片機(jī)價(jià)格更低、性能更穩(wěn)定、運(yùn)算速度更快、資源更豐富。意法單片機(jī)STM8 S1O3F3引腳圖如圖1。

STM8S1O3F3單片機(jī)具有用戶可調(diào)整的16MHz CPU時(shí)鐘頻率，容量為8K字節(jié)的Flash程序存儲器，集成64O字節(jié)真正的數(shù)據(jù)存儲器EEPROM和1K字節(jié)的RAM，強(qiáng)大的I/O功能，具有16位高級控制定時(shí)器（TIM1），SPI，I2C，UART，窗口看門狗，獨(dú)立看門狗，ADC，PWM定時(shí)器（TIM2），8位定時(shí)器（TIM4）等資源。單線接口模塊（SWIM）和調(diào)試模塊（DM），允許非侵入式、實(shí)時(shí)的在線調(diào)試和快速的存儲器編程。

二、車載溫度電子鐘系統(tǒng)框圖及操作說明

見圖2和表1。

圖1 STM8S103F3引腳圖

圖2 溫度電子鐘系統(tǒng)框圖

三、車載溫度電子鐘的設(shè)計(jì)

1.硬件設(shè)計(jì)

該硬件電路的設(shè)計(jì)包括電源部分、車鑰匙ACC開關(guān)信號轉(zhuǎn)換處理電路、STM8S1O3F3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、溫度采集電路、按鍵設(shè)置電路、數(shù)碼管顯示電路以及在線調(diào)試接口等等。本硬件系統(tǒng)采用I/O口分時(shí)復(fù)用，作為按鍵的輸入線同時(shí)作為數(shù)碼管段碼的部分輸出線，且數(shù)碼管集成塊采用多個(gè)引腳復(fù)用一個(gè)單片機(jī)的I/O口，這些方法減少了硬件開銷，節(jié)約成本，但增加了軟件編程的復(fù)雜性。

表1 溫度電子鐘技術(shù)參數(shù)表

圖3 車載溫度電子鐘硬件原理圖

1）電源部分

小汽車上的VB+和VB-引腳之間有12V的電壓經(jīng)過電容濾波和78DO5穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出+5V的電壓，為整個(gè)硬件系統(tǒng)系統(tǒng)提供電源。

2）STM8S1O3F3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

該最小系統(tǒng)電路包含上電復(fù)位電路，采用振蕩蕩頻率為4MHz高精度的石英晶振電路為系統(tǒng)提供一個(gè)精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號。

3）溫度采集電路

DS18B2O溫度傳感器適應(yīng)電壓范圍寬為3.OV～5.5V，穩(wěn)定性好，反應(yīng)快，測溫范圍為-55oC～+125oC，該溫度傳感器的分辨率為9～12位，測溫精度高。因此本設(shè)計(jì)中選用了DS18B2O采集實(shí)時(shí)溫度。在實(shí)際使用中電路簡單，無需其他的外圍器件。

主機(jī)控制DS18B2O完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：初始化、發(fā)送ROM操作指令、發(fā)送RAM指令。首先啟動初始化對DS18B2O進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后DS18B2O開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。在軟件設(shè)計(jì)中使用默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)換精度，外接供電電源，溫度數(shù)據(jù)的傳輸，由于只有一根數(shù)據(jù)線，直接將數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的PA3口相連接，由單片機(jī)通過此數(shù)據(jù)線讀取數(shù)據(jù)。

4）按鍵設(shè)置電路

本系統(tǒng)的只有三個(gè)按鍵：K1鍵為設(shè)置功能鍵，可調(diào)節(jié)年、月、日、小時(shí)、分鐘的設(shè)定轉(zhuǎn)換；k2、k3鍵分別為“”、“”鍵，可分別實(shí)現(xiàn)加一、減一的操作。三個(gè)按鍵分別與單片機(jī)的PD4、PD5、PD6口相連接。

圖4 主程序流程圖

圖5 按鍵檢測子程序流程圖

圖6 顯示子程序流程圖

圖7 中斷服務(wù)子程序流程圖

車鑰匙ACC開關(guān)信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理接單片機(jī)的PD3口，主要用于控制數(shù)碼管的顯示：當(dāng)車鑰匙開時(shí)，數(shù)碼管顯示；當(dāng)車鑰匙關(guān)時(shí)，關(guān)數(shù)碼管顯示。

PD3、PD4、PD5、PD6口是I/O口分時(shí)復(fù)用，在數(shù)碼管顯示模塊中，作為數(shù)碼管的段碼部分輸出線。

5）數(shù)碼管顯示電路

本硬件電路的顯示模塊共有五個(gè)共陰數(shù)碼管，采用動態(tài)掃描方式，分別輪流顯示年份、月日、時(shí)分、溫度。數(shù)碼管的段碼分別接單片機(jī)的PD1、PD2、PD3、PD4、PD5、PD6、PC7，五個(gè)數(shù)碼管從左至右的位選碼分別接PB4、PB5、PC3、PC4、PC5。數(shù)碼管集成塊XD3942ASG-J中的秒信號燈L1、L2燈和L3燈的陽極接PC6，L1、L2燈陰極與數(shù)碼管位選碼復(fù)用接PC3，L3燈的陰極與數(shù)碼管位選碼復(fù)用接PC5。

6）在線調(diào)試接口J1

便于實(shí)時(shí)的進(jìn)行在線調(diào)試和存儲器編程。

2.軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用C語言編程，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序設(shè)計(jì)和中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)。主程序包含按鍵檢測子程序、按鍵處理子程序、溫度測量轉(zhuǎn)換子程序、顯示子程序、時(shí)鐘初始化子程序、I/O口設(shè)為輸入口子程序、I/O設(shè)為輸出口子程序、定時(shí)器初始化子程序等等。

中斷服務(wù)子程序比較簡單，流程圖如圖7所示。定時(shí)器TIM2可以直接通過TIM2_PSCR寄存器對晶振頻率4MHz進(jìn)行64分頻，從而得到了定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖頻率為1/16MHz、周期為16us。設(shè)定定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)為OF424H即為625OO，又625OO*16us=1s，所以定時(shí)器TIM2可以定時(shí)1秒作為時(shí)間的秒基準(zhǔn)信號。當(dāng)定時(shí)1秒時(shí)間到時(shí)，則向CPU申請中斷，在開中斷的情況下，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。

1）按鍵檢測子程序

該程序流程圖見圖5，結(jié)合主程序流程圖圖4，得出按鍵檢測子程序流程圖圖中沒有通過延時(shí)來消除按鍵的抖動，而是一旦有按鍵按下，檢測到第一次低電平，keyn加1，此時(shí)應(yīng)該是按鍵抖動的狀態(tài)，直接結(jié)束該子程序，按鍵無效；當(dāng)執(zhí)行完一遍主程序又循環(huán)調(diào)用按鍵檢測子程序時(shí)，又重新判斷是否有按鍵，有則keyn再加1，否則清零。因此，執(zhí)行完一遍主程序檢測一次按鍵，要連續(xù)檢測到1O次按鍵為低電平，也就是至少要執(zhí)行1O遍主程序才會有效地檢測到一次按鍵，若執(zhí)行一遍程序需要5ms的時(shí)間，那么5ms*1O=5Oms，按鍵檢測避過了抖動期間，達(dá)到了按鍵消抖的目的，此時(shí)相應(yīng)按鍵標(biāo)志符號為1有效：設(shè)置鍵km=1，加1鍵ka=1，減1鍵ks=1。

2）按鍵處理子程序

該子程序的功能是根據(jù)檢測到的按鍵作相應(yīng)的按鍵功能處理。根據(jù)設(shè)置鍵按下的次數(shù)，可分別設(shè)置年、月、日、小時(shí)、分鐘，即設(shè)置鍵按鍵值1為年份狀態(tài)，設(shè)置鍵按鍵值2為月份狀態(tài)，設(shè)置鍵按鍵值3為天數(shù)狀態(tài)，設(shè)置鍵按鍵值4為小時(shí)狀態(tài)，設(shè)置鍵按鍵值5為分鐘狀態(tài)，其他按鍵值為退出設(shè)置狀態(tài)。

如果為設(shè)置狀態(tài)下，按下加1鍵或減1鍵，相應(yīng)的設(shè)置對象加1或減1；如果不是設(shè)置狀態(tài)下，按下加1鍵或減1鍵，則切換顯示狀態(tài)。

3）顯示子程序

該子程序流程圖見圖6。該子程序功能在車鑰匙未打開時(shí)，即ACC=O，則關(guān)顯示；在ACC=1時(shí)，如果時(shí)間晚間18：OO點(diǎn)到早上7點(diǎn)LED顯示亮度自動減少5O%，否則以正常亮度顯示。若設(shè)置鍵K1沒有按下，系統(tǒng)處在非設(shè)置狀態(tài)，則時(shí)間、月日、年份、溫度輪流顯示，在正常顯示中若有按下加1鍵或減1鍵，則輪流切換顯示方式；若按下設(shè)置鍵K1鍵，進(jìn)入設(shè)置年份、月、日、時(shí)、分，相應(yīng)的設(shè)置項(xiàng)會閃爍，按“”或“”鍵（加1鍵或減1鍵）改變數(shù)值。系統(tǒng)在設(shè)置狀態(tài)內(nèi)，如果1O秒內(nèi)沒有其他按鍵，則退出設(shè)置狀態(tài)，正常輪流顯示。五個(gè)數(shù)碼管采用動態(tài)掃描方式。

4）部分子程序（如下所示）

四、結(jié)論

本設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是充分利用硬件資源，減少了硬件成本，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高，僅通過軟件編程實(shí)現(xiàn)車載溫度電子鐘的基本功能且計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)用性。軟件編程在按鍵的檢測以及顯示子程序方面也有一定的參考意義。

[1]謝維成,楊加國.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[2]STM8S_微控制器家族參考手冊_v4.0.PDF http://www.st.com/stonline/products/literature/rm/14587.pdf.

[3]STM8S103xx系列數(shù)據(jù)手冊(2009年3月)cn.PDF http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/15441.pdf.