汽车仪表显示系统

1 绪论

1.1汽车仪表的发展概况

在汽车工业的一百多年的发展中，汽车仪表作为其中的重要组成部分，也经历着其自身的发展。汽车仪表一般按照其信号的传输方式也从最初的模拟信号到电信号再到如今的数字信号进行着转变。现代汽车仪表具有精度高、可靠性强、响应速度快等一系列特点，并且能够准确的将数字、文字、图像等信息进行快速的显示传递给人们。

如今，国外的发达国家大部分采用的是电子仪表，并向更高一步发展。而汽车仪表

作为汽车中主要的行驶信息的来源，能够直观的给人们反映汽车各部分的基本信息，其

性能、外观以及视觉体验越来越受到重视。我国的汽车仪表工业相较于工业发达国家还

有一定的距离，其中技术存在一定的差距，虽然在过去的发展中，通过购买引进了先进

设备和技术，产品水准达到了国外70年代末，80年代处的水平。但对于整体而言，情

况仍不容乐观。

随着计算机和传感器等电子技术的发展，汽车上的电子控制装置的增多也让汽车电

子化的进程得以加快。与此同时，汽车电子控制装置之间的连接方式也变得越来越复杂。

以车速信号为例，通过传感器输出的车速信号，需要提供给包括发动机控制、巡航控制、

电子仪表、动力转向等在内的十余个电子装置使用。但是由于这些电子装置的功能不同，

因此也被分布在汽车车体的各个部位，如果采用点到点来进行布线，便会导致结构的复

杂程度，增加运维的难度，使其可靠性大大降低。所以，解决汽车各电子装置与电子仪

表的数据交换是有必要的，汽车仪表网络化的发展也是必然趋势。

随着汽车产品更新换代的速度变快，汽车仪表的类型也随之变多，针对不同的车型

而专门去设计与之匹配的仪表显然会大大增加汽车的成本，而汽车仪表作为汽车信息中

枢，所提供给驾驶员的基本信息大体相似，我们可以将各功能信息进行模块化处理来进

行设计，在保证满足需求的同时大大降低设计成本。

1.2课题的目的及意义

汽车仪表系统是驾驶员与汽车进行信息交流的接口与界面，它为驾驶员提供其所需

要的信息[1]。为了能够让驾驶员更快更有效的了解掌握其中各机构与装置的状态，从而

更方便有效的控制汽车，使其正常的工作，汽车仪表作为现代汽车的信息中枢，不仅要

求显示直观、清晰、稳定、响应速度快、显示精度高，而且要求体积小、重量轻、便于

装配和维护，正变得越来越重要，并伴随着汽车电子技术的发展而快速发展[2]。

在各种信息中，车速、里程及车门状态等基本功能更需要直观的显示出来提供给驾

驶员，使其能迅速准确地判断汽车的状态，保证行驶的安全。本课题主要基于STM32 的

汽车仪表图形化显示。

1.3课题的研究内容

（1）CAN通信协议、TFT液晶工作原理分析，形成设计方案和系统结构框图

（2）基于FSMC的TFT液晶接口设计，仪表主界面设计

（3）液晶显示模块的硬件、软件设计

（4）CAN通信系统硬件选型与协议软件的设计，获取车速、里程、车门状态等数据

2.汽车总线及仪表显示技术

2.3汽车总线及比较

2.3.1FlexRay总线简介

FLexray总线是一种高速的汽车总线，其标准于2000年发布，并作为新一代汽车内部主干网络，有着良好的发展趋势。Flexray在传输速度、网络利用率以及系统灵活性等方面有着区别于其他传统汽车通信的独特优势。它支持两个速度达到10Mbps的通信信道，并且能够提供冗余和非冗余通信，由于具有很高的灵活性，因此能够对传输方式进行调节，而不是将所有的信息都进行冗余传输，极大的减少了带宽的损耗。Flexray采用同步时基的访问方式，并且能够通过协议自动建立和同步来提供给应用，因此能够保持较高的精确度，同时它通过在通信周期中给与特定信息已固定的位置，能够在通信循环的周期中，提前让接收器知道信息到达的时间，大大减小了临时偏差幅度，具有良好的可靠性[3]。

2.3.3LIN总线简介

LIN（本地互联网络）总线用于汽车分布式电子系统中，它是一种低成本串行通讯系统，主要是对CAN总线的一种补充，它采用单线传输的传输方式，能够将开关、显示器、传感器和执行器等简单控制设备连接起来的串行通信网络[4]。LIN采用单主机/多从机的总线拓扑结构（没有总线仲裁），仅实用一根信号总线。

2.3.4MOST总线简介

MOST汽车通讯协议最初构想于90年代中期，主要面向汽车内部的媒体通讯，具有严格的车载环境的要求。它允许采用多种包括星形和环形布局在内的拓扑结构，当汽车电源被接通时，结构中的MOST节点就能够全部激活，直接将数据直接从接收器传送到至发器，从而来保持结构的畅通。

2.3.5各总线基于CAN总线的比较

LIN 为 CAN 的补充，两者一般结合使用，与 CAN 总线相比，LIN 总线控制方式的成本较低是最大的优势；从高容错性的比较而言，CAN 总线的目标应用是汽车的高速和多路数据通信[5]。CAN总线目前依旧在汽车电子控制中被广泛使用，相对于CAN总线而言，Flexray成本还很高，不能实际应用。MOST 主要用于音视频流传输的基于光纤的总线，不能用于控制。

LIN 专门应用于低端系统，作为 CAN 的辅助网络或子网络。在不需要 CAN 总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信，使用 LIN 总线可以大大节省成本。未来整个网络将是 CAN、LIN、MOST 三网合一的整体。MOST负责音视频，CAN 负责重要的电子控制单元，如发动机、ABS、安全气囊等，

LIN负责次要的电子控制单元，如门窗、车灯等[6]。

FlexRay 能够把所有系统连接在一起，同时为汽车系统以一个整体而不是分散的多个系统工作提供了机会。使用 FlexRay 后，汽车的安全系统将从这一全新的整合中获益，从而显著提高汽车的安全性能。

2.1CAN总线简介

CAN是一种汽车产业中得到广泛实用的数据与控制通信网络，是一种极强韧性的电气规范和协议，专门设计用于汽车中危险且无法预料的环境，具有极高的可靠性和容错能力[7]。1986年2月，Robert Bosch 公司在SAE年会上推出一种新型的串行总线系统—CAN(Controller Area Network)，并在20世纪90年代初得到推广使用。

CAN网络是现场总线技术的一种，在国际中应用广泛。它能够有效检测和执行汽车内部的数据通信，并具有良好的通信速度与距离，被广泛的应用在现代汽车中。

2.2CAN总线特点

CAN总线与一般的通信总线相比，具有强可靠性、实时性及灵活性高等突出特点。汽车行驶在过程中，是具有一定危险性的，如果数据不能进行及时有效的传输，进而反映出来，会造成严重的后果。CAN总线的通信格式是采用短帧格式，传输速率快，受干扰概率低，能够及时有效的进行数据传输，并且它具有检错效果，保证了数据的正确性，以及数据通信的可靠性。同时，CAN通信能够进行多点传输，能够将各种检测信号进行网络化的传输。

4..3.1FSMC扩展存储器接口

按不同电路时序逻辑匹配的方式，嵌入式系统接口有三种基本的扩展方法：专用接口芯片扩展，IO模拟时序接口扩展，时序可编程芯片扩展和通信扩展。

专用接口芯片扩展是最简单的扩展方法，使用时只需要将接口芯片和CPU直接相连，不需要考虑硬件的兼容问题。IO模拟时序接口扩展是一种灵活的、硬件成本最低的扩展方式，MCU与接口电路之间的时序完全用软件编程实现。同时也会受制于CPU主频，耗费大量的CPU时间，效率低下。时序可编程芯片扩展技术采用软硬件相结合的扩展方法，适合接口时序复杂，工作速度要求高的系统。

现对三种扩展技术进行比较：专用接口芯片一般通过硬件来实现，其灵活性低适用范围窄，只支持并行接口扩展方式，但CPU的效率高，传输速率快，因为成本最高；IO口模拟时序接口采用软件来实现，灵活性最高适用范围宽，同时支持并行跟串行接口扩展方式，需要CPU 进行大量运算，因此CPU的效率低，传出速度慢，但成本低；时序可编程技术采用的是软件跟硬件相结合的方式，灵活性较高适用范围窄，同时支持串行跟并行接口扩展方式，CPU效率高，传输速