| 車輛儀錶是駕駛員與汽車進行信息交流的重要介面和界面，是車輛安全行駛的重要保證。隨著電子技術的廣泛應用，傳統汽車儀錶逐漸被微處理器為核心的電子控制數字儀錶取代已成為必然趨勢。然而，目前國內車輛儀錶數字化水平還不高，絕大部分儀錶還是模擬式的，而大多數模擬儀錶表頭的體積較大、數量多，使得顯示系統擁擠不堪，影響美觀；另外一些模擬儀錶故障率高，增加了用戶的經濟負擔，減小了車輛行使的安全係數。
為克服這些缺點，文中提出用51單片機、模/數轉換器件ADC0809及霍爾開關及數字式溫度感測器DS18B20等對其進行技術改進，設計並實現了新型全數字儀錶系統，該儀錶系統有顯示直觀準確、靈敏度高、使用壽命長、靈巧美觀、成本低等優點。
1 系統組成及工作原理
本系統功能由硬體和軟體兩大部份協調完成，硬體部分主要完成各種感測器信號的採集、轉換，各種信息的顯示等；軟體主要完成信號的處理及控制功能等。
其工作原理是89C51單片機依次查詢各感測器的輸出信號（氣壓、油壓等模擬感測器輸出的模擬信號需要經過ADC0809進行模數轉換）； 然後89C51對輸入信號進行相應處理后通過顯示模塊44780輸出，同時還可輸出各種告警信號。
2 硬體構成
該系統硬體主要包括以下幾個模塊： 89C51主控模塊、感測器模塊、ADC0809模/數轉換模塊、44780顯示模塊等。其中89C51主要完成外圍硬體的控制以及一些運算功能，感測器完成信號的採樣功能，ADC0809完成將模擬信號轉換成數字信號的功能，44780顯示模塊完成字元、數字的顯示功能。
2.1 主控模塊
系統採用ATMEL公司生產的AT89C51單片機，它帶有4KB閃速式存儲器、128B內存，最大工作頻率24MHz，同時，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數器，5個中斷源，1個串列口。
2.2 溫度感測器DS18B20
DS18B20是Dallas公司推出的單線數字式測溫晶元，它能在現場採集溫度數據，並將溫度數據直接轉換成數字量輸出。DS18B20與AT89C51的介面電路圖如圖2所示，其中DS18B20工作在外部電源供電方式，單片機89C51採用P2.0和DS18B20通信。
2.3 44780顯示模塊
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本系統採用44780驅動的LCD，HD44780（KS0062）是用低功耗CMOS技術製造的大規模點陣LCD控制器（兼帶驅動器），和4bit/8bit微處理器相連，它能使點陣LCD顯示大小寫英文字母、數字和符號等豐富的信息，同時有較強的通用性應用，使用方便，用戶能用少量元件就可組成一個完整點陣LCD系統，送入相關的數據和指令就可實現所需的顯示。
44780顯示模塊有8條數據線，3條控制線。可與微處理器或微控制器相連，通過送入數據和指令，就可使模塊正常工作，44780顯示模塊和89C51單片機連接電路如圖3所示。
需要說明的是，真正投入使用的顯示模塊需要根據車輛生產廠家對儀錶顯示界面的具體需求到液晶生產公司定製。
2.4 A/D轉換模塊
- 由於本系統需超理多路模擬信號，故採用ADC0809 A/D轉換模塊，它採用逐次逼近的方法完成A/D轉換；其片內帶有鎖存功能的8 路模擬開關，可對8路0～5V的輸入模擬電壓信號進行轉換, 完成一次轉換約需100μs。其輸出具有TTL三態鎖存緩衝器,可直接接到單片機89C51的P0口。 ADC0809 與89C51介面電路如圖4所示。
2.5 測速感測器
經調查，速度感測器是車輛感測器中的易損器件，所以該系統對測速感測器進行了改進，測速感測器由霍爾開關、磁鐵組成。其工作原理是將霍爾開關和磁鐵分別安裝在車架、車輪的適當位置，車輛行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關產生開關信號，通過在單位時間對其計數可計算出車輛的行駛的瞬時速度，累計開關信號可計算出車輛行使的距離。它具有靈敏度高、價格低廉、不易損壞等優點。
2.6 其他模擬感測器
氣壓、油壓、油量等參數的測量採用模擬感測器，其輸出的模擬信號通過ADC0809模數轉換后輸入單片機89C51，經過相應軟體處理后輸出。
2.7 抗干擾設計
由於本儀錶系統是為汽車、摩托車設計的，而汽車、摩托車的點火系統有較強的電磁干擾，另外車輛移動性大，有可能處於較強電磁干擾的環境中，因此必須採取抗干擾措施，否則系統難以穩定、可靠運行。本系統採用的是由硬體和軟體相結合的抗干擾措施。
具體地講，該系統主要採用了以下五個方面的抗干擾措施。
採用抗干擾電源：
單片機系統供電線路是干擾的主要來源，本系統的電源由車載電瓶提供，車輛的點火系統、音響設備等都可能對本系統產生干擾，為此，可將車載電瓶12V電源經磁珠和電容組成π形濾波電路后，再經過UA7805C變壓，然後經過穩壓、濾波得到本系統電源。另外給每個集成電路晶元都安置一個0.01mF的陶瓷電容器，來消除大部分高頻干擾。同時，良好接地是系統穩定工作的重要條件，由於本系統既有模擬電路又有數字電路，因此設計時將數字地與模擬地要分開，最後只在一點相連。
光電隔離：
在I/O通道上採用光電隔離器，將單片機系統與各種感測器、開關從電氣上隔離開來，很大一部分干擾可被阻擋。本系統的測速子系統輸出的開關信號經光電隔離器4N33耦合至單片機P3.2口。
過壓保護電路：
本系統在輸入輸出通道上也設計了過壓保護電路，它由限流電阻和穩壓管組成，以防止引入高電壓，損害單片機系統。
---另外，本系統中，為消除按鈕動作時產生抖動干擾，在按鍵與89C51間加入一個Schmitt觸發器74HC14。
---模/數轉換電路的抗干擾措施：
---本系統模／數轉換模塊ADC0809送出的數字信號經鎖存器鎖存後傳送給單片機，鎖存器對干擾非常敏感，當鎖存線上出現干擾時，會盲目鎖存當前數據，為此可將鎖存器與單片機設計在同一電路板上，使傳輸線上傳送的是已經鎖存好的控制信號。設計軟體時，儘可能快地重複輸出同一個信號，以減小干擾信號影響的概率。 |
