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信号采集包含CAN总线数据采集和传感器数据采集。通过模拟量信号分压，脉冲信号滤波整形，开关信号光电隔离，微处理器采集传感器信号，同时通过收发器读取CAN总线信号，然后进行信号处理，再通过控制器驱动步进电机，LCD液晶屏及其他器件。在实际车载环境中，该系统设计遵循SAE J1939协议在CAN总线上获取发动机转速、水温和故障代码信息，车速、油量、机油压力、制动气压等信息则以模拟量和脉冲量形式从相应传感器读取。
2．1 MC9S12HZ256微控制器
MC9S12HZ256是飞思卡尔公司生产的MC9S12系列面向汽车仪表应用的增强型16位单片机微控制器(MCU)。其集成度高，片内资源丰富，功能强大，接口模块包括SPI、SCI、FC、A／D、PWM等。采用增强型16位S12CPU，加入锁相环电路，可产生高于外部晶振频率的时钟信号，片内总线时钟频率最高达25 MHz；具有12．KB RAM、2 KB的EEPROM；2个异步串行通信接口(SCI)，1个同步串行设备接口(SPI)，1个FC总线接口(12C)；1个8通道16位定时器(TIM)，1个16通道10位模数转换器(ATD)，1个6通道脉冲宽度调制器(PWM)，2个CAN控制器模块(兼容CAN 2．0 A／B)。此外，这款MCU还集成1个32x4的液晶驱动模块(LCD)。再有该单片机的背景调试模式(BDM)和CodeWarrior开发环境，使应用该款单片机的总线式汽车数字仪表的外围硬件电路相对简化，开发过程简单、方便。
2．2 步进电机及其驱动
步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的转换器，且其转速或线速度与脉冲频率成正比。步进电机可以用脉冲信号直接进行开环定位控制，无需位置或速度传感器。VID29系列步进电机内置减速比180／1的齿轮系，可工作于5～10 V的脉冲下。在微步模式下，1个脉冲可使转子转动15°，相应输出轴转动(1／12)°，最大角速度600°／s。每片VId66-06仪表步进电机驱动芯片可同时驱动4路步进电机以微步模式工作，工作原理如图2所示。每个步进电机只需2路控制信号。在输入信号F(SCX)的上升沿驱动电机输出轴转动1个微步，即(1／12)°，输入信号“CW／CCW”(顺时针／逆时针)控制步进电机输出轴转向。
2．3 CAN节点设计
主控器件MC9S12H256集成有支持CAN2．0A／B的CAN控制器，并集成CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对数据通信的成帧处理，包括位填充、数据块编码、CRC校验和优先级判别等。选用CAN收发器PCA82C250，该收发器适用于汽车中高速(高达l Mb／s)CAN总线数据传输。设置终端电阻(一般为120 Ω)与CAN控制器与物理总线间的接口，以提升总线的差动发送和接收功能。图3为CAN接口电路。

2．4 脉冲信号处理
霍尔式车速传感器的输出信号为矩形波。磁电式车速传感器的输出信号为正弦波，信号频率与车速均成正比。速度信号经处理电路转换为单片机能够处理的矩形波信号，测量车速即测量矩形波频率。
周期法是利用标准时钟信号序列填充被测信号的一个或多个周期。通过计数标准时钟脉冲个数来计算被测信号周期的测量方法。被测信号周期为T，参考时基信号周期为τ，标准脉冲个数为n，被填充的被测信号周期个数为N，则有：

测量误差主要来自2部分：一部分是标准时基的相对误差dτ／τ，由于标准时基是由单片机内部的石英晶振产生的，这部分误差通常在10-6以下，可忽略；另一部分是计数误差dn／n，该误差产生的原理如图4所示。

时基信号序列的最后一个正跳变未处在被填充的被测信号范围内，可产生的最大计数误差为-1。这部分误差在低速时很小，在高速时稍大。以车辆特征系数(车辆行驶每公里里程时速度传感器的转数)为l 320，8脉冲车速传感器为例，标准时基信号周期为50 μs，车速为100 km／h时。最大相对误差为1．47％，车速为180 km／h时，最大相对误差为2．64％。完全符合汽车摩托车仪表标准QC／T727-2004中对车速表误差的基本要求。适当降低时基信号周期τ和高速时增加N值可减小误差。周期法计算车速V：

式中，Z为轮速传感器旋转一周输出脉冲个数；Ω为车辆特征系数，即汽车每行驶1 km轮速传感器的转数。

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关键词： 256 MC9 S12 MC