1、 摘 要 . 3 Abstract . 4 第一章 绪论 . 5 1.1 选题背景及研究意义 . 5 1.2 国内外发展现状及发展趋势 . 6 1.2.1 电动汽车发展现状及趋势 . 6 1.2 .2 液晶显示技术的发展及其应用前景 . 7 1.2.3数字信号处理器的发展及其 应用前景 . 8 1.3 本设计研究的主要内容 . 9 第二章 系统设计方案 .10 2.1 DSP 软件开发工具简介 .10 2.1.1 TMS320F2812 .10 2.2 系统设计概述 .11 2.3 电动汽车几种传感器及其作用 .12 第三章 液晶与液晶显示 .14 3.1 液晶与液晶显示器件 .14 3.2
2、液晶显示器件的基本结构 .15 3.3 典型的液晶显示器件 .16 3.3.1 静态驱动段型液晶显示器件 .16 3.3.2 动态驱动点矩阵型液晶显示器件 .17 3.4.1 AXG19264 引脚介绍 .19 3.4.2 图形液晶显示行驱动控制器 HD61203U .19 3.4.3 图 形液晶显示列驱动控制器 HD61202U .19 3.4.4 HD61202U 的指令系统 .21 第四章 电动汽车液晶显示系统硬件设计 .24 4.1 硬件设计分析 .24 4.1.1 处理器直接访问方式 .24 4.1.2 处理器间接访问方式 .24 4.3 硬件设备的调试 .27 4.4 DSP281
3、2 功能模块图 .28 4.5 DSP 与液晶模块硬件接口设计 .29 4.6 保护电路 .29 第五章 电动汽车液晶显示系统软件设计 .31 5.1 DSP 软件系统开发环境介绍 .31 2.1.2 CCS 的组成 .31 5.1.2 CCS 环境下 project 的主要成员 .32 5.2 主程序的软件流程图 .34 5.3 软件调试的方法 .34 第六章 总结和展望 .36 6.1 工作总结 .36 6.2 后续工作展望 .36 参考文 献 .37 附录 .38 液晶显示主程序 .38 DSP 产品的发展及应用 .48 摘 要 本文首先从理论学 习的角度出发，简要介绍了液晶、液晶显示器
4、件以及数字信号处理器的相关背景和基本原理。其次，文章又以实际应用为背景引出稳定性高、价格便宜、方便使用的图形点阵式液晶显示模块，以及数字信号处理器TMS320F2812 的功能特性。 随后，文章就以液晶显示模块 AXG19264 和数字信号处理器 TMS320F2812 为中心，重点介绍了图形液晶显示驱动控制器 HD61202U 和TMS320F2812 的部分外设。 最后，通过实验研究和探讨，设计出结构简单、稳定可靠、方便使用的液晶显示模块与 DSP 的硬件接口电路和软件控制方法，总结提出了编程要点和程序流程图。对液晶显示系统正常工作的条件（速度匹配、电平转换等注意事项）、控制指令系统、软件
5、思想等进行了分析与探讨。利用 CCS开发环境不断更改、调试源程序，并最终调试成功，实现了电动汽车液晶显示。 关键词：电动汽车， 2812， DSP， HD61202，液晶显示 Abstract Firstly, this paper gives brief backgrounds and principles of liquid crystal, liquid crystal display(LCD) and digital signal processor(DSP) in terms of studying theories. Then from the practical applicat
6、ion angle, introduces high-stability, cheap, easily-used dot-matrix LCD module and the features of DSP TMS320F2812. Secondly, the paper explains the features of HD61202U and the peripheral devices of TMS320F2812 in detail on the base of LCM AXG19264 and DSP TMS320F2812. At last, designs simple struc
7、ture, stable, easily-used hardware interfaces and software control strategies between LCM and DSP by the means of experiment research and investigation. And it summarizes the main points and flowcharts of the program. Then it analyses the working conditions (like velocity matching, level conversion,
8、 etc), control instruction system, software strategy, etc of LCD system. Modifies and debugs the source program under CCS environment and succeeds in displaying characters and Chinese characters statically or dynamically. Key Words: Electric vehicle.2812; DSP; HD61202; LCD 第一章 绪论 1.1 选题背景及研究意义 当前， 我
9、国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有 16 个城市被列入全球大气污染最严重的 20 个城市之中。我国现今人均汽车是每 1000 人平均 10 辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平 -每 1000 人有 110辆汽车，我国汽车持有量将成 10 倍地增加，石油进口就成为大问题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。 电动车省去了油箱、发动机、变速 器、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，且电动车能量转换效率更高。因
10、电动车的能量来源 电，来自大型发电机组，其效率是小型汽油发动机甚至混合动力发动机所无法比拟的。 无论是电动汽车的能量管理系统还是驱动系统都离不开人机交互界面。能量管理系统如同动力电池的大脑，人机交互界面如同汽车的眼睛。统计资料表明车载显示仪表的使用，能够使汽车电子产品的开发进度加快，大大缩短了开发周期，节省了开发资金，另外使交通事故的发生率降低，大大减少了人员伤亡和财产损失，产生了显著的社会 效益。因此，电动汽车需要对整车的电机运行状况和动力电池各种参数进行人为地监测和控制，从而达到更安全稳定的运行。传统汽车仪表板通常是把所有的模拟仪表罗列出，不仅没有重点，而且显示不直观，精确度低，不能满足现
11、代电动汽车的发展和要求。随着电子器件的应用，电动汽车各种需要显示的状态越多，如果仍采用车内点对点连线必将导致车身布线过多且变得复杂。 20 世纪 80 年代初期出现了数字信号处理器（ DSP)，原是用于信号处理领域的芯片，随着世界各大 DSP 生产商对产品性能的提高， DSP 的控制能力不断提升，既具备了高速的数据信号处理 能力，又具备了很强大的 I/O 控制功能，很适合作为电动机的复杂控制器，近年来，包括 TI， MOTOROLA， AD 等大公司在内的许多 DSP 厂商都相继推出了电机控制专用 DSP 芯片，如 TMS320 系列、DSP56F80X 系列等。这类芯片都以 DSP 处理器为
12、核心，使用其高效的指令集，同时在片内集成了包括 A D， PWM 等在内的电机控制接口电路，不仅简化了系统硬件电路，同时也提高了可靠性和性价比。其中， TI 公司生产的高性能的电机控制处理器 TMS320vc5402，它是功能强大的 32 位定点 DSP 芯片，具有功耗小、性能高、运算速 度快、数据和程序存储器容量大、 AD 采样和处理精度高等特点，能满足电动汽车液晶显示要求 1.2 国内外发展现状及发展趋势 1.2.1 电动汽车发展现状及趋势 当今世界，汽车保有量已经超过 6 亿辆，年产量超过 5000 万辆，在耗用巨量石油资源的同时，产生极大的气体污染 -每年汽车尾气约排放 2 亿吨有害气
13、体，占大气污染总量 60%以上。石油资源逐渐趋于枯竭，环境污染日益严重，迫切需要节省能源和低排放甚至是零排放的绿色环保汽车产品。为此，世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度开发各种不同类型电动汽车。 近二十多年来，西方 工业发达国家政府把电动汽车的研究开发看作解决环境问题和能源问题的一种有效手段，在经济上给予大力支持。美国政府至今已出资数百亿美元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的开发研究。美国三大汽车公司 1991 年联合成立了美国先进电池联合体，投入了 4.5 亿美元，其中政府拨款 2.25 亿美元，共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、燃科电池等各种高性能蓄电池。日、法、德等国各大公司
14、也投入巨资研究开发高性能电池。在电动汽车整车研究开发方面，至 90 年代末期，国外大汽车公司已开发生产了 100 多种型号的纯电动汽车、燃料电动汽车和混合动 力汽车 (表 1)。其中，已有 10 多种纯电动汽车车型投入商业化生产；近年来，燃料电池电动汽车成为新的开发热点，美国计划到 2010 年市场上燃料电池汽车占市场 4%份额，达到 60 万辆，日本政府发布燃料电池汽车发展计划 -2010 年 5 万辆， 2020 年 500 万辆；在纯电动汽车和燃料电池汽车因技术和成本问题尚未进入批量生产情况下，为了尽快降低燃油汽车的排放，美日等国正在广泛研制混合动力汽车，目前已经开始小批量商业化生产。
15、从世界范围来看，我国电动汽车的研制与国外发达国家几乎站在同一起跑线上。 “九五 “期间，科技部将电动汽车项 目列入国家重大科技产业工程项目，投入近 1 亿元。国内汽车公司、大学和研究机构即开始研制电动汽车，并逐步掌握了整车集成、控制系统集成等关键技术。至 2001 年初，已推出纯电动轿车、混合动力轿车、混合动力客车、燃料电池电动客车。 “十五 “期间，国家 863 计划设立电动汽车专项，国家和地方政府直接划拨以及国有企业投入的资金总额约 30亿元。目前，已经有上百家企业、高校和研究所列入项目研发单位行列，如三大汽车集团、长安汽车公司、奇瑞汽车公司，以及电机、电池企业。至 2002 年，随着电动
16、汽车重大专项的实施，已形成了多家产学研结 合、金融机构介入的专业研发生产电动汽车的新型股份制企业，包括东风电动车辆股份公司、天津清源电动车辆有限公司、上海燃料电池汽车动力系统有限公司、北京时光科技有限公司、奇瑞电动汽车股份有限公司、大连新源动力股份有限公司、北京清华新能源汽车工程中心等。目前，整车方面已初步形成产品开发的系统配套、管理机制和团队组合，纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车样车均已实现，关键零部件、燃料电池发动机已形成系统，高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高，多能源控制系统初步形成。 1.2 .2 液晶显示技术的发展及其应用前 景 液晶是由奥地利植物学家 F.Reinet
17、zer 在一百年前发现的。不过直到 1961 年，才由美国 RCA 公司普林斯顿实验室的一位年轻电子学者 F.Heimeier 正式提出了液晶平板显示的想法，并成功地付诸实践。现代液晶显示技术发展到今天，也已逐步分化成好几个种类。从超扭曲向列（ STN），到 CSTN（ Color STN），再到薄膜晶体管（ TFT）技术，发展日新月异。从最初的单色 STN 发展到现在应用最广泛的 TFT 技术，也不过几年的时间而已。随着液晶显示器件的发展，技术人员从事产品开发时越来越多地 选用 LCD 来显示信息。目前， LCD 应用是所有电子产品中增长最快的领域之一。它主要应用在包括电脑、移动电话、数码相
18、机、液晶电视、 MP3 等各种信息终端显示屏上，已成为显示技术的主流。众所周知，液晶显示器具有功耗低、体积小、重量轻、超薄屏等许多其他显示器无法比拟的优点，近年来又被广泛应用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。 1.2.3 数字信号处理器的发展及其应用前景 数字信号处理器常被称为 DSP（ digital signal processor）。近年来，随着低价格、高性能 DSP 芯片的出 现， DSP 已越来越多地被应用于数字化电机控制、高速信号采集、语音处理、图像分析处理等领域中，并且日益显示其巨大的优越性。 DSP 发展历程大致分为三个阶段： 20 世纪 70 年代理论先行， 8
19、0 年代产品普及， 90 年代突飞猛进。在 DSP 出现之前数字信号处理器只能依靠微处理器（ MPU）来完成。但 MPU 较低的处理速度无法满足高速、实时数据处理的要求。因此，到 20 世纪 70 年代，有人提出了 DSP 的理论和算法基础。那时的 DSP 仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的 DSP 系统也是由分立元件组成的 ，其应用领域局限于军事、航空航天部门。随着大规模集成电路技术的发展，1982 年世界上诞生了首枚 DSP 芯片。这种 DSP 器件采用微米工艺 NMOS 技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运行速度却比 MPU 快了几十倍，尤其在语音合成和编码解调器中得到了广泛应用。 DSP
20、 芯片的问世标志着 DSP 应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着 CMOS 技术的进步与发展，第二代基于 CMOS 工艺的 DSP 芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图形硬件处理技术的基础。 20 世纪 80 年代后 期，第三代 DSP 芯片问世，运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。 20 世纪 90 年代 DSP 发展最快，相继出现了第四代和第五代 DSP 器件。现在的 DSP 属于第五代产品，它与第四代相比系统集成度更高且将 DSP 内核和外围设备综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的 DSP 芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐
21、渐渗透到日常消费领域。经过 20 多年的发展， DSP 产品的应用已扩大到人们学习、工作和生活的各个方面，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。 目前，对 DSP 爆 炸性需求的时代已经来临，前景十分可观。纵观当今的 DSP 市场，可谓是百花齐放、百家争鸣，但大部分市场还是被美国的少数几家半导体生产商所占据。仅美国的德州仪器（ TI）， AT&T，美国模拟器件（ AD）和摩托罗拉（ Motorola）这四家半导体生产商的 DSP 产品就占据全球 DSP 市场的 90%以上。其中， TI 公司又以 45%的绝对优势压倒其他几家公司，占据了 DSP 市场的半壁江山。所以 TI 公司的 DSP 产品
22、在教育、科研和商品应用方面使用得非常广泛。 本文中使用的 DSP 即是 TI 公司的 TMS320F2812（以下简称 2812）。 1.3 本设计研究的主要内容 基于上文关于液晶显示器件和 DSP 器件的介绍，本文将基于 TI 公司的 DSP 2812 设计一个电动汽车液晶显示系统。 本次毕业设计主要完成以下工作： （ 1）了解液晶显示的相关知识。这里主要是指液晶显示的基本原理、液晶显示器件的分类及其驱动方式等等，为下面的工作做好准备。 （ 2）深入学习 2812 和液晶显示模块的原理和使用方法。这两部分是液晶显示系统的主干部分，所有的软硬件设计都将围绕着它们进行。因此在进行软硬件设计前，必
23、须要系 统、深入地学习它们的相关知识。 （ 3）完成系统的硬件电路设计。正确、合理的硬件设计是系统能否实现液晶显示功能的基础。主要包括： 2812 的通用输入 /输出口的连接、接口电路的设计和液晶显示模块的连接。 （ 4）完成系统的软件设计并调试。 2812 对液晶显示模块的访问、系统实现液晶显示功能以及显示特殊效果等，都需要采用软件算法来实现。 第二章 系统设计方案 在对电动汽车本体结构、液晶显示工作原理深入研究的基础上，对系统性能进行了深入分析。 2.1 DSP 软件开发工具简介 2.1.1 TMS320F2812 TMS320F2812 是 TI 公司专门为工业应用而设计的新一代 DSP
24、 处理器。该芯片采用 32bit 中央处理器，大大提高了处理能力，主频可以工作在 150 MHz (时钟周期可达 6.67ns) ，其性能远远优于此前广泛使用的 C24x 系列产品。数字信号处理器 2812 是在 F24x 的基础上开发出来的高性能定点芯片，能够运行 24x开发的代码程序并且采用 32bit 中央处理器，大大提高了数据处理能力。 它的主要特点如下： 采用高性能的静态 CMOS 技术，主频可以工作在 150MHz(时钟周期可达6.67ns)； 高性能 的 32 位中央处理器，可以进行 16 位 16 位以及 32 位 32 位的乘累加操作； 片内大容量存储器， 128K 16bit 的 Flash 和 18K 16bit 的数据 /程序存储器； 其电源模块电路如下图 2.1 所示
