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摘要：為使TFT液晶汽車(chē)儀表在整車(chē)長(zhǎng)時(shí)間停放后仍能正常啟動(dòng)，該文提出了一種低靜態(tài)功耗的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，靜態(tài)功耗約為1.53mA，滿足整車(chē)對(duì)儀表提出來(lái)的小于3mA的靜態(tài)功耗要求。此硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案性能可靠穩(wěn)定、成本較低，已在多款TFT液晶汽車(chē)儀表中廣泛應(yīng)用，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：TFT液晶汽車(chē)儀表；硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；低靜態(tài)功耗

1引言

汽車(chē)儀表是反映車(chē)輛各系統(tǒng)工作狀況的裝置，是人與汽車(chē)的交互界面，為駕駛員提供所需的運(yùn)行參數(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車(chē)必不可少的部件。一般由前框、后殼、顯示屏、指針、印制電路板、蜂鳴器等部件組成[1-2]。隨著科技的發(fā)展，TFT（ThinFilmTransistor）液晶汽車(chē)儀表已普遍使用，在整車(chē)電氣系統(tǒng)日趨復(fù)雜的情況下，汽車(chē)儀表所接收和處理的信息日趨增多，為了滿足儀表乃至車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間停放后仍能正常工作的要求，靜態(tài)電流是一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。本文基于MB91F594設(shè)計(jì)了一款低靜態(tài)功耗的TFT液晶汽車(chē)儀表，此硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案性能可靠穩(wěn)定，滿足乘用車(chē)量產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。2TFT液晶汽車(chē)儀表的系統(tǒng)描述汽車(chē)儀表正常工作電壓在8V~16V，當(dāng)電壓小于低壓值，進(jìn)入低壓保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)揚(yáng)聲器靜音，指針背光燈、表盤(pán)背光燈、LCD顯示屏背光燈均熄滅，步進(jìn)電機(jī)指針凍結(jié)，報(bào)警指示燈變暗直至熄滅。當(dāng)電壓大于高壓值，進(jìn)入高壓保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)揚(yáng)聲器靜音，指針背光燈、表盤(pán)背光燈、LCD顯示屏背光燈均熄滅，步進(jìn)電機(jī)指針凍結(jié)，報(bào)警指示燈熄滅。當(dāng)電壓低于6V或者大于18V，汽車(chē)儀表處于無(wú)法工作狀態(tài)。汽車(chē)儀表的靜態(tài)功耗需要控制在3mA以內(nèi)。整車(chē)上電（KL30上電）時(shí)，各指針歸零，儀表進(jìn)行自檢；自檢未完成時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火（KL15上電），儀表需完成自檢，再進(jìn)入正常工作模式；自檢未完成時(shí)，引擎運(yùn)行，則自檢終止，儀表進(jìn)入正常工作狀態(tài)；指示燈在點(diǎn)亮數(shù)秒后，根據(jù)輸入信號(hào)狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；LCD顯示屏在經(jīng)過(guò)數(shù)秒開(kāi)機(jī)動(dòng)畫(huà)后，進(jìn)入正常顯示狀態(tài)；步進(jìn)電機(jī)的指針從零位平緩?fù)街赶蜃畲笾甘疚恢茫笃骄復(fù)椒祷亓阄唬M(jìn)入正常指示狀態(tài)；指針和表盤(pán)的背光亮度從最低平緩上升至最高，而后平緩返回最低亮度，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；LCD顯示屏背光保持固定亮度亮數(shù)秒后，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3TFT液晶汽車(chē)儀表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述。TFT液晶汽車(chē)儀表硬件電路主要包括核心電路MCU控制器、電源轉(zhuǎn)換電路、KL30和KL15的電壓信號(hào)檢測(cè)電路、硬件指示燈控制電路、燃油采樣電路、CAN信號(hào)通信電路、指針和表牌背光顯示電路、Flash存儲(chǔ)器通訊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路、LED指示燈顯示電路、LCD顯示屏背光顯示電路以及顯示控制電路，本方案詳細(xì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示[3-4]。

3.2主要元器件選型。本方案均選用車(chē)規(guī)級(jí)電子元器件，選用富士通MB91F594作為MCU控制器，32位處理器，內(nèi)部集成圖像處理器GDC，支持雙屏顯示，對(duì)TFT液晶顯示屏具有強(qiáng)大的圖像處理功能，CPU主頻為80MHz，GDC頻率為81MHz，內(nèi)置Flash為1MB，內(nèi)置RAM為64KB，多路A/D轉(zhuǎn)換接口、I/O通信接口、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端口、聲音驅(qū)動(dòng)端口以及CAN、LIN通訊端口，供電電壓為5V和3.3V，內(nèi)置多個(gè)穩(wěn)壓器和優(yōu)化的待機(jī)模式可使該芯片工作在低功耗模式下。選用Spansion公司的S29GL256SFlash，256Mbit，15ns的頁(yè)面訪問(wèn)速度以及90ns的快速隨機(jī)訪問(wèn)速度，3.3V電壓供電，最大刷寫(xiě)功耗為100mA，最大靜態(tài)電流功耗為100uA。選用AUO3.5寸TFT液晶顯示屏，分辨率為320*240，對(duì)比度為1000:1，視角范圍為左右70度、上下70度，兩路LCD背光電流，每路80mA，3.3V電壓供電，最大靜態(tài)電流功耗為10mA。選用NXPTJA1042高速CAN信號(hào)收發(fā)器，該芯片具有低電磁干擾以及較高的電磁抗擾能力，具有欠壓保護(hù)功能，5V電壓供電，最大15uA的靜態(tài)電流功耗，同時(shí)外圍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。本方案需要給各模塊電路提供5V和3.3V電源電壓，故選用ROHM公司的DC-DC電源芯片BD99011EFV和LDO電源芯片BD33IC0MEFJ-M。BD99011EFV是一款低靜態(tài)功耗、高轉(zhuǎn)化率的Buck電源芯片，用于輸出5V電壓，最大負(fù)載為2A，最大靜態(tài)功耗為35uA，具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)功能。BD33IC0MEFJ-M是一款無(wú)靜態(tài)功耗的LDO芯片，用于輸出3.3V電壓，最大負(fù)載電流為1A。電源芯片的選擇滿足本方案的電源供給。

3.3電源架構(gòu)方案設(shè)計(jì)。車(chē)身電池KL30主要給5VDC-DC電源芯片、LCD屏的背光驅(qū)動(dòng)芯片[5]，以及少數(shù)的外圍硬件報(bào)警指示燈控制電路供電，其他模塊電路則由5V電源芯片供電。5VDC-DC電源芯片是本設(shè)計(jì)方案的主電源芯片，用于給3VLDO電源芯片、MCU控制器、CAN收發(fā)器、Speaker功放芯片、LED驅(qū)動(dòng)芯片、恒流源電路運(yùn)放芯片以及LED背光燈等供電[6]。本方案多數(shù)模塊電路由5V電源電壓供電，當(dāng)KL30上電，發(fā)動(dòng)機(jī)KL15未點(diǎn)火時(shí)，5V電源電壓下的負(fù)載均處于不工作狀態(tài)，靜態(tài)功耗為0，實(shí)現(xiàn)了低靜態(tài)功耗的需求，本設(shè)計(jì)方案的電源架構(gòu)框圖如圖2所示。圖2電源架構(gòu)框圖本硬件設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于汽車(chē)儀表中，并對(duì)硬件系統(tǒng)的靜態(tài)電流進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所示。每款元器件芯片的使用手冊(cè)均注明了該款芯片的典型靜態(tài)電流值以及最大靜態(tài)電流值，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，每款元器件芯片的實(shí)際靜態(tài)電流值均在規(guī)定范圍內(nèi)，整個(gè)儀表硬件系統(tǒng)的靜態(tài)電流值約為1530uA，即1.53mA，滿足該款汽車(chē)儀表靜態(tài)電流在3mA以內(nèi)的要求。

4結(jié)論

本文闡述的TFT液晶汽車(chē)儀表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)已在多個(gè)量產(chǎn)產(chǎn)品上進(jìn)行應(yīng)用，滿足低靜態(tài)功耗要求；硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本較低、性能穩(wěn)定；采用車(chē)規(guī)級(jí)元器件，滿足整車(chē)及汽車(chē)儀表的法規(guī)要求和整車(chē)對(duì)汽車(chē)儀表的實(shí)驗(yàn)要求。本方案不僅可以支持汽車(chē)儀表具有基本的行車(chē)電腦功能，同時(shí)支持軟件系統(tǒng)帶來(lái)的較高的整車(chē)科技感和較強(qiáng)的用戶體驗(yàn)。

作者:李菲 王飛 王蒙 王斌 單位:安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院