PCA8538在电动汽车仪表盘上的应用与调试

熊杰

（黄冈师范学院，湖北 黄冈 438000）

纯电动汽车上主要有车速里程、电池温度、时速、剩余电量以及相关指示灯的显示信息。笔者使用全功能覆晶玻璃（COG）液晶显示器—PCA8538作为显示屏，把电动汽车的仪表信息和指示灯通过数字和图形的方式更加直观地显示，同时加入语音提示功能，提高了电动汽车的安全性和实用性。

1 系统框架设计

该系统以Cortex－M3为控制核心，采用恩智浦半导体公司发布的PCA8538作为电动汽车的显示器。系统包括主控芯片、显示模块、操作按键电路、语音播报电路，以及用于系统调试的串口调试电路。

图1 系统框图

2 系统硬件设计

2.1 主控芯片

系统设计的主控芯片选用TI公司设计的LM3S811芯片，该芯片是采用32位Cortex－M3结构，最高时钟频率50MHz，电源电压为3.3V，64kHz的单周期FLASH；3个32位通用定时器，可分成6个16位定时器使用；1组模拟比较器和I2C接口；1组同步串行接口 （SSI），2个异步 串行接 口（UART）；4通道模数转换器 （ADC）；3个脉宽调制信号 （PWM）模块，32个通用输入输出管脚（GPIO）及硬件看门狗等。

2.2 PCA8538显示屏

PCA8538是恩智浦（NXP）公司设计的一款全功能COG LCD驱动器，设计用于复用速率高至1:9的高对比度垂直排列 （VA）LCD。它包含多达9个背板、102个字段，最高达918像素。PCA8538集成了内部充电泵，通过其内置电容可在片内产生LCD驱动电压。PCA8538提供LCD电源电压的可编程温度补偿，确保整个温度范围内具有最佳且稳定的对比度。PCA8538可由微控制器通过双线I2C总线或四线式双向SPI总线轻松控制。

系统采用PCA8538能够显示的信息，即车速、左/右转、电池电量、车门关否、大灯、里程表、电池温度、空调状态、驻车制动以及系统时间显示等。图2为PCA8538显示屏用于电动汽车调试时全点亮时的界面。点阵区从左至右依次为左转向灯、驻车制动、电池电量（满电量）、车速（34 km·h－1）、车门状态（车门未关闭）、右转向灯、电压电流正常。第2排点亮分别为汽车大灯、电压电流正常、里程表（3812km）。第3排点亮分别为电池温度（52℃）、空调致冷打开、时间显示（14：23）。 PCA8538与主控制器硬件连接电路如图3所示，通过I2C总线对PCA8538进行驱动。

图2 PCA8538应用于电动汽车全显示图

图3 PCA8538与LM3S811接口电路

2.3 语音播报电路

语音录放芯片ISD1700是华邦ISD公司2007年新推出的单片优质语音录放电路。该芯片提供多项新功能,包括内置专利的多信息管理系统、新信息提示、双运行模式及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等全方位整合系统功能。有独立按键模式和SPI接口模式2种控制方式，其硬件电路如图4所示。

图4 语音播报电路

该芯片通过SPI总线与单片机相连，通过单片机SPI控制ISD1700录音，包括“拉起驻车制动”、“电池电量不足”、“您已超速”、“车门未关闭”、“电池温度过高”、“电压电流异常”。该语音提示系统能够使驾驶员安全、正确地行车。

2.4 模拟控制键盘电路

在调试PCA8538过程中，除了使用上位机软件进行调试外，利用矩阵键盘来模拟电动汽车的控制系统。键盘主要包括左转向、右转向键盘，驻车制动、大灯控制、4个车门模拟开关、时间调整按键，模拟电动汽车电池增加减少按键和电动汽车油门增加减少按键。控制键盘与LM3S811的硬件连接，如图5所示，扫描键盘的方式采用矩阵扫描方式。

图5 单片机键盘接口电路

3 系统软件设计

3.1 PC与LM3S811与传输协议

PC机主要用来对PCA8538显示屏进行调试，PC机与主控芯片LM3S811通过串口进行数据传输，传输波特率为115200 b·s。表1为PC机与LM3S811通信的编码和解码传输协议。例如：PC机发送 “deng1”，LM3S811通过解码，并对大灯变量deng进行赋值 deng=1。

表1 PC机与LM3S811通信的编码和解码传输协议

3.2 系统主程序

系统使用前对IO口、PCA8538、串口1、中断、定时器进行初始化，并对所有显示缓冲区清零，接着系统读取按键，通过调用dispose_display（）函数在点阵区根据按键开关量对应显示信息，同时通过调用display_time（）、 display_km（）、display_deng（）函数在段码区显示时间数据、里程数据、大灯信息。然后通过调用display_tmp（）函数在段码区显示电池温度信息。系统的主函数代码如下：

4 上位机软件设计

该上位机软件通过VC++软件编写，可以将界面上的控制信息通过串口传输至LM3S811，LM3S811处理串口缓冲区数据，按照规定的协议进行处理，并显示在PCA8538显示屏中。控制界面如图6所示。PCA8538显示界面如图7所示。

图6 PCA8538调试上位机

图7 电动汽车仪表盘

5 总结

本应用是使用TI公司生产的PCA8538显示屏在电动汽车仪表中的使用，PCA8538提供LCD电源电压的可编程温度补偿，确保整个温度范围内具有最佳且稳定的对比度，能够提高仪表的直观显示。

本文创新点：1）电动汽车中使用数字仪表；2）电动汽车使用语音提示提高驾驶车辆安全性；3）PCA8538应用于汽车仪表的实现。

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