1基本原理
机电式仪表以指针偏转所对应的刻度值作为仪表读数，在光照条件较好时可目视读出，光照条件差时需要辅助照明才可读取。机电式仪表主要有电流表式仪表和步进电机式仪表。电流表式仪表的指针偏转量与流过仪表的电流强度成正比，而步进电机式仪表则由驱动控制器驱动指针按一定的规律偏转。电流表式仪表结构简单、成本较低、指示精度差，若配用非线性传感器则仪表刻度也不是等间隔的；步进电机式仪表成本较高、指示精度高，仪表刻度可以实现等间隔。
本文设计的LED组合仪表则根据车辆仪表布局，由多个LED沿刻度内侧形成一条LED光带，根据控制指令依次点亮LED光带，测量数据的大小与点亮LED光带的长度成正比，根据LED光带与刻度值的相对位置，即可读取显示数据。此种指示方式具有如下优点：光照条件较差情况下也不影响仪表读取；无运动部件故不存在机械磨损；LED器件使用寿命高达10万h，故仪表具有较高的可靠性和直观性；仪表可实现等间隔刻度；仪表形状、仪表配置设计自由（一个表头既可以设置成压力参数也可以设置成温度等参数，只需要修改相应部分的软件参数和刻度盘即可实现）。
2硬件实现
2.1BC7281B简介
BC7281B是8位/16位LED数码管显示及键盘接口专用控制芯片，通过外接移位寄存器（如74HC164、74HC595），BC7281B最多可控制16个数码管或128只LED，驱动输出极性及输出时序均为软件可控，从而可以和各种外部电路配合，适用于多种尺寸的数码管。BC7281B除了两种常用的BCD译码方式外，还有专用于图形显示的光柱译码方式，只要一个字节就可完成图形显示的控制。128只LED分成2个各自独立的组，每组有64只LED.另外，为每只LED分配一个独立的地址，利用寻址功能可控制每一只LED.
BC7281B内部共有31个寄存器，包括16个显示寄存器和15个特殊寄存器，所有操作均通过对这31个寄存器的访问完成。BC7281B采用高速二线接口与MCU进行通讯，只占用很少的I/O口资源和主机时间，具有较强的抗干扰能力。
2.2BC7281B配置方式
为保证BC7281B稳定可靠地工作，需要正确配置其振荡、复位、电源滤波和数据接口电路。是组合仪表中的BC7281B外围电路配置参数。
BC7281B需要外接移位寄存器将串行显示数据转换为并行数据，为实现16位数码或128只LED显示控制，需要两片74HC164串联接收BC7281B送出的显示数据。移位寄存器的输出驱动能力不强，采用循环扫描显示时，为保证LED有足够强的发光强度，需要提高LED的电流值，通过外接三极管可提高输出驱动能力。BC7281B位输出驱动能力不强，当数码管或LED采用共阳极接法时，由于要求其高电平时输出较大的电流，一般不可以直接驱动共阳极数码管或LED.为满足共阳极接法时输出较强位电流的要求，需要外接一只三极管来提高BC7281B的位驱动能力。组合仪表设计中，采用了2所示的电路，可实现16位数码管或128只LED的显示控制。
3中驱动用2N3904型NPN三极管，选取比基本驱动电路限流电阻小些的，以提供较大的驱动电流，弥补采用循环扫描控制时，LED亮度与基本驱动电路相比有所下降的不足。
2.3MCU电路设计
本组合仪表设计中，采用ATMEL公司MEGA16单片机为控制单元，显示数据通过RS232接口输入，单片机的时钟电路采用有源振荡器，组合仪表所用的几种状态指示信号（如左转向、右转向、机油压力报警等）则利用单片机的I/O口实现，电路设计见2.
2.4组合仪表设计
根据设计要求，本组合仪表需要提供8个图形显示仪表和一个6位数字显示仪表，以满足工程车辆发动机、变速器和液压设备监测需求。为此，采用3片BC7281B作为显示控制芯片，2片以图形驱动方式工作，驱动8个图形显示仪表；1片以数码管驱动方式工作，用于驱动6位LED数码管。图形显示仪表采用了两种构型，6个仪表采用了弧形LED排，每个仪表由30只LED组成；2个仪表采用了条形LED排，每个仪表由20只LED组成，可根据需要合理配置每只仪表的位置和显示内容。组合仪表的各模块关系如4所示。
3软件设计
组合仪表采用C语言进行程序设计。单片机接收数据后，将其按图形或数字方式分别转换为图形显示或7段数码管显示，发送到相应的显示仪表。
3.1软件开发环境
组合仪表采用工程管理性能较强的CodeVisionAVRC语言开发环境，该开发环境具有代码效率较高、用户界面简洁的特点，利用其工程向导，可生成MCU初始化、串口应用程序代码、A/D转换代码和程序模板，可大大提高程序编制效率。该编译环境可支持若干通用器件的编程，特别是可利用I/O端口模拟多种通讯接口，并产生常用的应用程序代码。
利用ATMEL提供的AVRStudio4可实现程序的源码调试，对已购买ICE或JTAG调试工具的用户，可将调试工具与AVRStudio4无缝连接。没有调试工具的用户可利用AVRStudio4提供的模拟程序，实现应用程序的源码调试，可排除程序设计中的大多数设计错误。
购买调试工具的用户可利用JTAG或ICE工具向单片机中下载应用程序，没有调试工具的用户可利用AVRMEGA系列单片机的ISP下载接口下载程序。一种简单的方式是购买一条下载电缆，将其安装到计算机的相应接口上（打印机接口或USB接口），登录www.sl.com.cn网站，经过一定的参数配置，即可进行ISP应用程序的下载。
3.2程序编制
采用模块化编程技术，将组合仪表程序分为MCU初始化模块、BC7281B初始化模块、串口接收中断服务程序、显示刷新定时中断服务程序、数据显示模块、显示数据处理模块、外部操作处理模块，程序流程图见5.
组合仪表程序工作原理如下：当系统开机送电后，系统首先初始化，然后顺序采集各显示参数，处理后分别送入相应的显示窗口刷新显示。下一个周期做同样的工作，这样周而复始直到系统断电保存参数为止。
MCU和BC7281B初始化程序用来建立组合仪表正确工作的初始状态，上电后由初始化程序完成MCU和BC7281B各寄存器的设定。串口以中断方式接收数据，将其存入数据缓冲区。当接收完一个仪表的数据后，显示数据处理程序将其转换为显示数据，放入相应的仪表显示数据缓冲区。
显示刷新定时程序则利用了MEGA16的定时计数器，产生一个周期性的中断信号；根据刷新定时中断信号的状态，单片机调用仪表接口驱动程序，将显示数据缓冲区的数据发送到BC7281B显示数据寄存器，实现数据显示。
程序设计中，更新显示数据时应禁止发生刷新中断，以保证显示数据完整性；根据MEGA16中断的保持特性，处理完显示数据更新后，可继续响应被阻塞的中断。外部操作处理模块用于响应控制输入，如转向灯操作、夜间照明操作、制动操作等。如果发生上述操作，则驱动相应指示灯。
4结论
该组合仪表设计制作完成后，进行了性能试验、环境试验和实际装车测试，结果表明性能良好、稳定可靠，大大减少了接口线缆，装车、调试极为方便，完全可以取代现有机电式仪表，目前已在压路机上小批量应用。
