熊杰

（黃岡師范學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

純電動汽車上主要有車速里程、電池溫度、時速、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，把電動汽車的儀表信息和指示燈通過數(shù)字和圖形的方式更加直觀地顯示，同時加入語音提示功能，提高了電動汽車的安全性和實用性。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計

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作為電動汽車的顯示器。系統(tǒng)包括主控芯片、顯示模塊、操作按鍵電路、語音播報電路，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

2.1 主控芯片

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

2.2 PCA8538顯示屏

PCA8538是恩智浦（NXP）公司設(shè)計的一款全功能COG LCD驅(qū)動器，設(shè)計用于復(fù)用速率高至1:9的高對比度垂直排列 （VA）LCD。它包含多達(dá)9個背板、102個字段，最高達(dá)918像素。PCA8538集成了內(nèi)部充電泵，通過其內(nèi)置電容可在片內(nèi)產(chǎn)生LCD驅(qū)動電壓。PCA8538提供LCD電源電壓的可編程溫度補償，確保整個溫度范圍內(nèi)具有最佳且穩(wěn)定的對比度。PCA8538可由微控制器通過雙線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，即車速、左/右轉(zhuǎn)、電池電量、車門關(guān)否、大燈、里程表、電池溫度、空調(diào)狀態(tài)、駐車制動以及系統(tǒng)時間顯示等。圖2為PCA8538顯示屏用于電動汽車調(diào)試時全點亮?xí)r的界面。點陣區(qū)從左至右依次為左轉(zhuǎn)向燈、駐車制動、電池電量（滿電量）、車速（34 km·h－1）、車門狀態(tài)（車門未關(guān)閉）、右轉(zhuǎn)向燈、電壓電流正常。第2排點亮分別為汽車大燈、電壓電流正常、里程表（3812km）。第3排點亮分別為電池溫度（52℃）、空調(diào)致冷打開、時間顯示（14：23）。 PCA8538與主控制器硬件連接電路如圖3所示，通過I2C總線對PCA8538進(jìn)行驅(qū)動。

圖2 PCA8538應(yīng)用于電動汽車全顯示圖

圖3 PCA8538與LM3S811接口電路

2.3 語音播報電路

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

圖4 語音播報電路

該芯片通過SPI總線與單片機相連，通過單片機SPI控制ISD1700錄音，包括“拉起駐車制動”、“電池電量不足”、“您已超速”、“車門未關(guān)閉”、“電池溫度過高”、“電壓電流異常”。該語音提示系統(tǒng)能夠使駕駛員安全、正確地行車。

2.4 模擬控制鍵盤電路

在調(diào)試PCA8538過程中，除了使用上位機軟件進(jìn)行調(diào)試外，利用矩陣鍵盤來模擬電動汽車的控制系統(tǒng)。鍵盤主要包括左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向鍵盤，駐車制動、大燈控制、4個車門模擬開關(guān)、時間調(diào)整按鍵，模擬電動汽車電池增加減少按鍵和電動汽車油門增加減少按鍵。控制鍵盤與LM3S811的硬件連接，如圖5所示，掃描鍵盤的方式采用矩陣掃描方式。

圖5 單片機鍵盤接口電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 PC與LM3S811與傳輸協(xié)議

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

表1 PC機與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IO口、PCA8538、串口1、中斷、定時器進(jìn)行初始化，并對所有顯示緩沖區(qū)清零，接著系統(tǒng)讀取按鍵，通過調(diào)用dispose_display（）函數(shù)在點陣區(qū)根據(jù)按鍵開關(guān)量對應(yīng)顯示信息，同時通過調(diào)用display_time（）、 display_km（）、display_deng（）函數(shù)在段碼區(qū)顯示時間數(shù)據(jù)、里程數(shù)據(jù)、大燈信息。然后通過調(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 上位機軟件設(shè)計

該上位機軟件通過VC++軟件編寫，可以將界面上的控制信息通過串口傳輸至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?？刂平缑嫒鐖D6所示。PCA8538顯示界面如圖7所示。

圖6 PCA8538調(diào)試上位機

圖7 電動汽車儀表盤

5 總結(jié)

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

本文創(chuàng)新點：1）電動汽車中使用數(shù)字儀表；2）電動汽車使用語音提示提高駕駛車輛安全性；3）PCA8538應(yīng)用于汽車儀表的實現(xiàn)。

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