1 設計思想
汽車儀表是司機與汽車之間進行信息交流的窗口和界面，對于提高汽車儀表使用壽命、安全和經濟行駛有著積極而重要的作用。本設計采用PIC16C72A單片微型計算機作為儀表的核心，汽車原有傳感器無需更換，傳感器的輸出信號通過信號調理電路后送人CPU，經CPU處理后的信號采用時分技術通過VFD顯示器顯示出來。實時顯示車速、發動機轉速、水溫、油位、總里程、子里程等車況參數，并對信息進行復雜處理從而為司機提供平均車速、經濟油耗、剩余油量能跑里程數等有用信息，同時，還能對瞬時行車信息進行記錄存儲，實現“黑匣子”功能；對異常情況實現語音報警提示，且為今后功能擴展預留通訊接口。與傳統汽車儀表相比，該儀表具有功能豐富、可靠性高、精度高、可視性好、通用性強、且有儲存功能、無機械磨損、使用壽命長等優點。
2 硬件結構
轎車用汽車電子智能儀表由傳感器、信號調理電路、單片機處理器、語音報警電路、顯示驅動電路、VFD顯示器等部分構成。如圖1所示：
圖1 汽車電子智能儀表原理框圖
其中：S1為光電式車速傳感器，將對應于0～200公里／d,時的車速轉變成頻率范圍為0～136．3Hz的脈沖信號；
S2為脈沖信號式轉速傳感器，將對應于0～8000轉／分鐘的發動機轉速變換成0～260Hz的頻率信號；
S3為熱敏電阻式溫度傳感器，用于測量汽車冷卻水的溫度，該傳感器將水溫的變化變換成電阻、電壓的變化；
S4為浮子一可變電阻式液位傳感器，將油位的變化變成電阻、電壓的變化；
Cnl、Cn2為車速測量通道、發動機轉速測量通道的信號調理電路，由于車速和發動機轉速傳感器輸出的是脈沖頻率信號，所以，與之相對應的信號調理電路的作用是對傳感器的輸出信號進行整形、嵌位／限幅，以滿足CPU對輸人信號的要求。水溫和油量傳感器輸出的是模擬信號，其對應的信號調理電路Cn3、Cn4為電阻傳輸網絡，將傳感器的輸出信號送到單片機自帶的A／D輸人端；CPU為微控制器，整個儀表的核心，對信號的采集、處理和輸出起控制指揮作用，芯片采用美國Microchip公司PIC16C72A芯片，它是帶有8位5通道A／D轉換器、4kX 14位的程序存儲器、128X8位的數據存儲器和3個定時器的8位微處理器；
E²PROM選用93LCA6B型三線串行電擦除可編程只讀存儲器，其容量為1k×16位，擦除周期1M次，顯示速度2ms，數據保持時間長于4O年。在儀表中用于保存子里程、總里程數據以及當前車況，并保證掉電時數據不會消失，起到汽車“黑匣子”的作用；
ISD為語言芯片，儲存所有報警語言，驅動報警喇叭；
DR1、DR2 為VFD 顯示驅動器／控制器μPD16311芯片，一塊用于驅動顯示發動機轉速、總里程的VFD顯示屏，另一塊用于驅動顯示車速、水溫、油量、子里程的VFD顯示屏；
SP為喇叭，當車速、發動機轉速、水溫和油量等測量參數超限時，起語言提示報警作用；
VFD1、VFD2為熒光顯示屏，實時顯示車速、發動機轉速、水溫、油位、總里程、子里程等車況參數；
DC／DC電源變換器，將汽車上原有的12V蓄電池供電電壓變成汽車智能組合儀表所需要的三種工作電壓：即微控制器、語言芯片、信號調理電路所需的+5V電壓，VFD顯示屏的陽極和柵極所需的一32V電壓以及用于VFD顯示屏燈絲供電的交流4．2V電壓；
功能選擇開關用于功能選擇，它有兩個作用：①切換多功能顯示區的顯示內容，多功能顯示區可以顯示子里程（km）、子里程行駛時間（hr：min）和剩油行駛里程（km）3項內容，缺省顯示內容為子里程，②對子里程和子里程行駛時間清零，按下按鍵的時間超過3s，即對子里程和子里程行駛時間清零；
亮度調節開關，對VFD顯示器的亮度起調節作用。
3 軟件設計
儀表的軟件由四部分組成：即由系統時鐘程序、測控程序、按鍵／開關處理程序和VFD顯示程序構成。系統時鐘程序完成對四個軟件定時器的處理，實現定時采樣時間的設定、子里程／行駛時間清零定時器的設定、多功能顯示時間定時器的設定、報警間隔定時器的設定等功能；測控程序主要包括數據采集程序、數據處理程序，完成對于車速、發動機轉速脈沖信號和水溫、油位傳感器模擬信號的采集、數字濾波及其它各種數值的計算；按鍵／開關處理程序完成對多功能顯示區切換、子里程和子里程行駛時間清零的功能；VFD顯示程序完成對發動機轉速、水溫和油量的模擬光柱顯示和車速、總里程、子里程、行駛時間、剩油行駛里程等參數的數字顯示的功能。系統的主程序框圖如圖2所示：
圖2 主程序流程圖
汽車儀表在工作過程中環境變化無常，在設計上通過硬軟件綜合考慮，實現抗干擾和數據可靠存儲設計。在軟件抗干擾措施方面，首先考慮到數字信號在傳輸過程中受到干擾易引起碼元波形變壞，傳輸到接收端后，可能發生錯誤的情況，在編碼設計時，著重考慮編碼結構，采用抗干擾性強的交織卷積碼的編碼方式；為了杜絕程序在使用過程中出現死循環或死機的現象，設計了看門狗電路，以實現硬件對軟件的保護作用；為了消除對數據采集帶來的誤差，對變化緩慢的油位傳感器等信號采樣值使用了算術平均法數字濾波，以消除油位波動給采樣值帶來的影響。
