1基本原理
　　機(jī)電式儀表以指針偏轉(zhuǎn)所對應(yīng)的刻度值作為儀表讀數(shù)，在光照條件較好時可目視讀出，光照條件差時需要輔助照明才可讀取。機(jī)電式儀表主要有電流表式儀表和步進(jìn)電機(jī)式儀表。電流表式儀表的指針偏轉(zhuǎn)量與流過儀表的電流強(qiáng)度成正比，而步進(jìn)電機(jī)式儀表則由驅(qū)動控制器驅(qū)動指針按一定的規(guī)律偏轉(zhuǎn)。電流表式儀表結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、指示精度差，若配用非線性傳感器則儀表刻度也不是等間隔的；步進(jìn)電機(jī)式儀表成本較高、指示精度高，儀表刻度可以實現(xiàn)等間隔。
　　本文設(shè)計的LED組合儀表則根據(jù)車輛儀表布局，由多個LED沿刻度內(nèi)側(cè)形成一條LED光帶，根據(jù)控制指令依次點亮LED光帶，測量數(shù)據(jù)的大小與點亮LED光帶的長度成正比，根據(jù)LED光帶與刻度值的相對位置，即可讀取顯示數(shù)據(jù)。此種指示方式具有如下優(yōu)點：光照條件較差情況下也不影響儀表讀??；無運動部件故不存在機(jī)械磨損；LED器件使用壽命高達(dá)10萬h，故儀表具有較高的可靠性和直觀性；儀表可實現(xiàn)等間隔刻度；儀表形狀、儀表配置設(shè)計自由（一個表頭既可以設(shè)置成壓力參數(shù)也可以設(shè)置成溫度等參數(shù)，只需要修改相應(yīng)部分的軟件參數(shù)和刻度盤即可實現(xiàn)）。
　　2硬件實現(xiàn)
　　2.1BC7281B簡介
　　BC7281B是8位/16位LED數(shù)碼管顯示及鍵盤接口專用控制芯片，通過外接移位寄存器（如74HC164、74HC595），BC7281B最多可控制16個數(shù)碼管或128只LED，驅(qū)動輸出極性及輸出時序均為軟件可控，從而可以和各種外部電路配合，適用于多種尺寸的數(shù)碼管。BC7281B除了兩種常用的BCD譯碼方式外，還有專用于圖形顯示的光柱譯碼方式，只要一個字節(jié)就可完成圖形顯示的控制。128只LED分成2個各自獨立的組，每組有64只LED.另外，為每只LED分配一個獨立的地址，利用尋址功能可控制每一只LED.
　　BC7281B內(nèi)部共有31個寄存器，包括16個顯示寄存器和15個特殊寄存器，所有操作均通過對這31個寄存器的訪問完成。BC7281B采用高速二線接口與MCU進(jìn)行通訊，只占用很少的I/O口資源和主機(jī)時間，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
　　2.2BC7281B配置方式
　　為保證BC7281B穩(wěn)定可靠地工作，需要正確配置其振蕩、復(fù)位、電源濾波和數(shù)據(jù)接口電路。是組合儀表中的BC7281B外圍電路配置參數(shù)。
　　BC7281B需要外接移位寄存器將串行顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)16位數(shù)碼或128只LED顯示控制，需要兩片74HC164串聯(lián)接收BC7281B送出的顯示數(shù)據(jù)。移位寄存器的輸出驅(qū)動能力不強(qiáng)，采用循環(huán)掃描顯示時，為保證LED有足夠強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度，需要提高LED的電流值，通過外接三極管可提高輸出驅(qū)動能力。BC7281B位輸出驅(qū)動能力不強(qiáng)，當(dāng)數(shù)碼管或LED采用共陽極接法時，由于要求其高電平時輸出較大的電流，一般不可以直接驅(qū)動共陽極數(shù)碼管或LED.為滿足共陽極接法時輸出較強(qiáng)位電流的要求，需要外接一只三極管來提高BC7281B的位驅(qū)動能力。組合儀表設(shè)計中，采用了2所示的電路，可實現(xiàn)16位數(shù)碼管或128只LED的顯示控制。
　　3中驅(qū)動用2N3904型NPN三極管，選取比基本驅(qū)動電路限流電阻小些的，以提供較大的驅(qū)動電流，彌補(bǔ)采用循環(huán)掃描控制時，LED亮度與基本驅(qū)動電路相比有所下降的不足。
　　2.3MCU電路設(shè)計
　　本組合儀表設(shè)計中，采用ATMEL公司MEGA16單片機(jī)為控制單元，顯示數(shù)據(jù)通過RS232接口輸入，單片機(jī)的時鐘電路采用有源振蕩器，組合儀表所用的幾種狀態(tài)指示信號（如左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向、機(jī)油壓力報警等）則利用單片機(jī)的I/O口實現(xiàn)，電路設(shè)計見2.
　　2.4組合儀表設(shè)計
　　根據(jù)設(shè)計要求，本組合儀表需要提供8個圖形顯示儀表和一個6位數(shù)字顯示儀表，以滿足工程車輛發(fā)動機(jī)、變速器和液壓設(shè)備監(jiān)測需求。為此，采用3片BC7281B作為顯示控制芯片，2片以圖形驅(qū)動方式工作，驅(qū)動8個圖形顯示儀表；1片以數(shù)碼管驅(qū)動方式工作，用于驅(qū)動6位LED數(shù)碼管。圖形顯示儀表采用了兩種構(gòu)型，6個儀表采用了弧形LED排，每個儀表由30只LED組成；2個儀表采用了條形LED排，每個儀表由20只LED組成，可根據(jù)需要合理配置每只儀表的位置和顯示內(nèi)容。組合儀表的各模塊關(guān)系如4所示。
　　3軟件設(shè)計
　　組合儀表采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計。單片機(jī)接收數(shù)據(jù)后，將其按圖形或數(shù)字方式分別轉(zhuǎn)換為圖形顯示或7段數(shù)碼管顯示，發(fā)送到相應(yīng)的顯示儀表。
　　3.1軟件開發(fā)環(huán)境
　　組合儀表采用工程管理性能較強(qiáng)的CodeVisionAVRC語言開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境具有代碼效率較高、用戶界面簡潔的特點，利用其工程向?qū)?，可生成MCU初始化、串口應(yīng)用程序代碼、A/D轉(zhuǎn)換代碼和程序模板，可大大提高程序編制效率。該編譯環(huán)境可支持若干通用器件的編程，特別是可利用I/O端口模擬多種通訊接口，并產(chǎn)生常用的應(yīng)用程序代碼。
　　利用ATMEL提供的AVRStudio4可實現(xiàn)程序的源碼調(diào)試，對已購買ICE或JTAG調(diào)試工具的用戶，可將調(diào)試工具與AVRStudio4無縫連接。沒有調(diào)試工具的用戶可利用AVRStudio4提供的模擬程序，實現(xiàn)應(yīng)用程序的源碼調(diào)試，可排除程序設(shè)計中的大多數(shù)設(shè)計錯誤。
　　購買調(diào)試工具的用戶可利用JTAG或ICE工具向單片機(jī)中下載應(yīng)用程序，沒有調(diào)試工具的用戶可利用AVRMEGA系列單片機(jī)的ISP下載接口下載程序。一種簡單的方式是購買一條下載電纜，將其安裝到計算機(jī)的相應(yīng)接口上（打印機(jī)接口或USB接口），登錄www.sl.com.cn網(wǎng)站，經(jīng)過一定的參數(shù)配置，即可進(jìn)行ISP應(yīng)用程序的下載。
　　3.2程序編制
　　采用模塊化編程技術(shù)，將組合儀表程序分為MCU初始化模塊、BC7281B初始化模塊、串口接收中斷服務(wù)程序、顯示刷新定時中斷服務(wù)程序、數(shù)據(jù)顯示模塊、顯示數(shù)據(jù)處理模塊、外部操作處理模塊，程序流程圖見5.
　　組合儀表程序工作原理如下：當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)送電后，系統(tǒng)首先初始化，然后順序采集各顯示參數(shù)，處理后分別送入相應(yīng)的顯示窗口刷新顯示。下一個周期做同樣的工作，這樣周而復(fù)始直到系統(tǒng)斷電保存參數(shù)為止。
　　MCU和BC7281B初始化程序用來建立組合儀表正確工作的初始狀態(tài)，上電后由初始化程序完成MCU和BC7281B各寄存器的設(shè)定。串口以中斷方式接收數(shù)據(jù)，將其存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。當(dāng)接收完一個儀表的數(shù)據(jù)后，顯示數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為顯示數(shù)據(jù)，放入相應(yīng)的儀表顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
　　顯示刷新定時程序則利用了MEGA16的定時計數(shù)器，產(chǎn)生一個周期性的中斷信號；根據(jù)刷新定時中斷信號的狀態(tài)，單片機(jī)調(diào)用儀表接口驅(qū)動程序，將顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到BC7281B顯示數(shù)據(jù)寄存器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。
　　程序設(shè)計中，更新顯示數(shù)據(jù)時應(yīng)禁止發(fā)生刷新中斷，以保證顯示數(shù)據(jù)完整性；根據(jù)MEGA16中斷的保持特性，處理完顯示數(shù)據(jù)更新后，可繼續(xù)響應(yīng)被阻塞的中斷。外部操作處理模塊用于響應(yīng)控制輸入，如轉(zhuǎn)向燈操作、夜間照明操作、制動操作等。如果發(fā)生上述操作，則驅(qū)動相應(yīng)指示燈。
　　4結(jié)論
　　該組合儀表設(shè)計制作完成后，進(jìn)行了性能試驗、環(huán)境試驗和實際裝車測試，結(jié)果表明性能良好、穩(wěn)定可靠，大大減少了接口線纜，裝車、調(diào)試極為方便，完全可以取代現(xiàn)有機(jī)電式儀表，目前已在壓路機(jī)上小批量應(yīng)用。