CN105577148A - 一种简易车载函数发生器 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为一种简易车载函数发生器。属于汽车电子控制技术领域。它主要是解决在故障现场不能对汽车显示或指示类电子部件进行故障类型确定的问题。它的主要特征是：包括电源电路、方波信号产生电路；电源电路由集成电源芯片、输入滤波电路和输出滤波电路构成，输入端电压范围为0~39V，输出端电压为9V；方波信号产生电路由定时器集成芯片及其外围的电阻、电容构成；集成电源芯片的输出端与定时器集成芯片的电源输入端、复位端和信号输入端连接。本发明具有性能稳定、结构简单、使用方便、成本低廉的显著特点的特点，主要用于产生方波信号。

Description

一种简易车载函数发生器

技术领域

本发明属于汽车电子控制技术领域，具体涉及一种简易车载函数发生器。

背景技术

随着汽车电子技术的日新月异，整车对汽车电子部件的性能要求越来越高，同时也对整车维修人员及汽车电子部件售后服务人员的电气诊断技能要求也越来越高。针对汽车电子部件尤其是显示或指示类电子部件，如汽车仪表系统、汽车娱乐系统（如音响）等电子部件工作异常的相关现象，如何在故障现场快速确定并解决故障问题以提高工作效率及生产效率是整车维修人员及汽车电子部件售后服务人员的期望。

汽车仪表系统、汽车娱乐系统（如音响）等显示或指示类电子部件作为整车的人机交互界面，其显示或指示异常等现象可能不仅仅是由于自身性能缺陷造成，也可能是传感器或者线束等信号传感或传输部分工作异常造成，所以显示或指示类电子部件故障排查的第一步就是需要排除信号传感或传输部分是否存在故障，最简易的方法是“部件替代法”。比如，用一个工作正常的信号发生器替代传感器输入给仪表信号，以排除仪表自身功能缺陷。又比如，用一套功能正常的新仪表替代目前出现故障现象的仪表，以排除信号传感或传输部分的故障。本发明就是根据“部件替代法”设计并制作了一款车载函数发生器。

本发明具体所处的技术背景为：根据我司仪表产品在某整车市场的售后旧件表现，发现返回三包旧件中有相当一部分仪表三包旧件标签注明“车速表故障”或“转速表故障”，但复检此类旧件却发现有绝大部分复检合格，且通过客户相关部门了解，由于故障现场无相关便携式验证设备导致此类误判情况较为普遍。故设计制作一款具备直流低压供电、性能可靠、信号输出稳定、简易便携等特点的函数发生器迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的就是针对上述背景问题而设计并制作了一种简易的车载函数发生器。

本发明的技术解决方案是：一种简易车载函数发生器，其特征在于：包括电源电路、方波信号产生电路；电源电路由集成电源芯片、与该集成电源芯片输入端连接的输入滤波电路、与该集成电源芯片输出端连接的输出滤波电路构成，输入端电压范围为0~39V，输出端电压为9V；方波信号产生电路由定时器集成芯片及其外围的电阻、电容构成；集成电源芯片的输出端与定时器集成芯片的电源输入端、复位端和信号输入端连接；集成电源芯片的输入端与整车电源端连接，定时器集成芯片的输出端与仪表频率信号的输入端连接。

本发明的技术解决方案中所述的集成电源芯片为L7809CV集成电源芯片；输入滤波电路由第一电容构成，第一电容与L7809CV集成电源芯片的第1信号端连接；输出滤波电路由第二电容构成，第二电容与L7809CV集成电源芯片的第3信号端连接；所述定时器集成芯片为SE555C，外围电阻、电容为第一电阻、第二电阻、第三电容和第四电容；第一电阻、第二电阻的一端连接后与定时器集成芯片的第7信号端连接，第一电阻的另一端与定时器集成芯片的第4信号端、第8信号端连接，第二电阻的另一端与第三电容的一端连接后与定时器集成芯片的第6信号端、第2信号端连接，第三电容的另一端与第四电容的一端与定时器集成芯片的第1信号端连接后接地，第四电容的另一端与定时器集成芯片的第5信号端连接，定时器集成芯片的第3信号端为输出端，定时器集成芯片的第4信号端为复位端，定时器集成芯片的第8信号端为电源端。

本发明的技术解决方案中所述的第一电阻为68K，第二电阻为3.9K，第三电容为100nF。

本发明以整车电源为输入，使用以集成芯片为核心的电子器件，使用方便灵活、构造简单、性能稳定、输出可靠。

本发明主要有如下特点：一、使用条件灵活。针对整车故障现场，“就地取材”，无论整车是12V电气系统还是24V电气系统，都可直接作为该函数发生器的输入，无需外接电源。二、携带方便。整个函数发生器装置构造简单，质量轻、可单手携带。三、性能稳定可靠。该函数发生器固定输出幅值为9±0.5V、50±5%占空比、100±5Hz的方波，很好地满足了设计需求。四、成本低。该函数发生器总成成本控制在10元以内，远低于其他函数发生设备。

本发明主要用于在故障现场对汽车显示或指示类电子部件进行故障类型的快速确定。

附图说明

图1是本发明函数发生器的原理框架图。

图2是本发明函数发生器的0~39V输入—9V输出电源电路方案图。

图3是本发明函数发生器的信号产生电路方案图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明简易车载函数发生器的原理框架图如图1所示。整车12V或24V电源电压输出给0~39V输入—9V输出电源电路1-1，经DC-DC调理后输出给方波信号产生电路1-2，经过方波信号产生电路1-2内部分压、电压比较、锁存等处理产生方波后输出。

本发明简易车载函数发生器电源电路如图2所示。电源电路1-1由集成电源芯片U1、输入滤波电路、输出滤波电路构成。输入滤波电路由第一电容C1构成，第一电容C1与集成电源芯片U1的输入端连接，输出滤波电路由第二电容C2构成，第二电容C2与集成电源芯片U1的输出端连接，集成电源芯片U1的接地端与第一电容C1、第二电容C2的另一端连接。输入端电压范围为0~39V，输出端电压为9V。以集成电源芯片U1为核心，整车12V或24V电源电压输入，经过第一电容C1滤波、防浪涌处理后输出至集成电源芯片U1的输入端，经集成电源芯片U1降压转换处理，由集成电源芯片U1的输出端输出9V，9V输出后再经过第二电容C2滤波、防浪涌处理后输出。此部分电路设计需着重考虑：1、集成电源芯片U1的选型，综合考虑转换效率、散热、噪音干扰及成本等因素，该芯片可选型L7809CV；2、第一电容C1和第二电容C2的选取，第一电容C1处于集成电源芯片U1的输入端，需适配电压范围广、干扰大等特点，第二电容C2处于集成电源芯片U1的输出端，由于输出端电压相对稳定，在满足防浪涌、滤波等功能的前提下兼顾器件成本，相比第一电容C1的参数选取，第二电容C2的耐压值、容值可适当减小。

本发明简易车载函数发生器方波信号产生电路如图3所示。方波信号产生电路1-2以定时器集成芯片U2为核心，由定时器集成芯片U2及其外围的电阻、电容构成，外围电阻、电容为第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容C3和第四电容C4。第一电阻R1、第二电阻R2的一端连接后与定时器集成芯片U2的第7信号端连接，第一电阻R1的另一端与定时器集成芯片U2的第4信号端、第8信号端连接，第二电阻R2的另一端与第三电容C3的一端连接后与定时器集成芯片U2的第6信号端、第2信号端连接，第三电容C3的另一端与第四电容C4的一端与定时器集成芯片U2的第1信号端连接后接地，第四电容C4的另一端与定时器集成芯片U2的第5信号端连接，定时器集成芯片U2的第3信号端为输出端，定时器集成芯片U2的第4信号端为复位端，定时器集成芯片U2的第8信号端为电源端。集成电源芯片U1的输出端与定时器集成芯片U2的第4信号端、第8信号端连接。定时器集成芯片U2的输出端与仪表频率信号的输入端连接。

方波信号产生电路的设计要点如下：

1、根据函数发生器的功能需求确定定时器集成芯片U2的型号。根据分析确定定时器集成芯片U2选用电源电压范围为5~16V、最大负载电流为200mA、工作温度为-40℃~85℃的SE555C芯片，并分析其有如下功能特点：（1）第四信号端为复位输入端，当其输入为低电平时，不管其他引脚的输入状态如何，作为输出端的第3信号端只能输出低电平，第7信号端为放电端，通过外接上拉电阻为外接电路提供放电通路；（2）当第4信号端输入为高电平，第6信号端输入电压＞2Vcc/3，第2信号端输入电压＞Vcc/3时，第3信号端输出低电平；（3）当第4信号端输入为高电平，第6信号端输入电压＜2Vcc/3，第2信号端输入电压＞Vcc/3时，第3信号端保持历史的电平状态不变；（4）当第4信号端输入为高电平，第6信号端输入电压＜2Vcc/3，第2信号端输入电压＜Vcc/3时，第3信号端输出高电平。

2、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电容C3的参数选取。分析信号产生电路，接通电源后，第三电容C3被充电，当Vc＜2Vcc/3时，第3信号端输出高电平，继续充电至Vc上升到2Vcc/3时，第3信号端输出低电平，第7信号端的放电通道导通，此时第三电容C3通过第二电阻R2和芯片内部集成的三极管放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，第3信号端的输出由低电平翻转为高电平。根据电容充放电时间的计算公式：t=R*C*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]（V0为电容上的初始电压值，V1为电容最终可充到或放到的电压值，Vt为t时刻电容上的电压值）。计算第三电容C3放电所需的时间t1=R2*C*Ln2≈0.7R2*C。当放电结束时，第7信号端的放电通道截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需时间t2=（R1＋R2）*C*Ln2≈0.7（R1＋R2）*C。当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，从而在定时器集成芯片U2的第3信号端就会输出一个周期性的矩形波，并且该矩形波的振荡频率f=1/（t1＋t2）≈1.43/（R1＋2R2）*C，占空比q（%）=t2/（t1＋t2）×100%=（R1＋R2）/（R1＋2R2）×100%，且当第一电阻R1的阻值远小于第二电阻R2的阻值时，占空比q（%）≈50±5%。通过以上计算及分析可知，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电容C3的参数选取直接关系到电路输出矩形波的频率f和空比q（%），故是本部分电路的设计关键。理论设定R1=68K，R2=3.9K，C3=100nF，在此基础上结合实际效果进行适当调整，将参数固化即可满足要求。

Claims (3)

1.一种简易车载函数发生器，其特征在于：包括电源电路（1-1）、方波信号产生电路（1-2）；电源电路（1-1）由集成电源芯片（U1）、与该集成电源芯片（U1）输入端连接的输入滤波电路、与该集成电源芯片（U1）输出端连接的输出滤波电路构成，输入端电压范围为0~39V，输出端电压为9V；方波信号产生电路（1-2）由定时器集成芯片（U2）及其外围的电阻、电容构成；集成电源芯片（U1）的输出端与定时器集成芯片（U2）的电源输入端、复位端和信号输入端连接；集成电源芯片（U1）的输入端与整车电源端连接，定时器集成芯片（U2）的输出端与仪表频率信号的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种简易车载函数发生器，其特征在于：所述的集成电源芯片（U1）为L7809CV集成电源芯片；输入滤波电路由第一电容（C1）构成，第一电容（C1）与L7809CV集成电源芯片的第1信号端连接；输出滤波电路由第二电容（C2）构成，第二电容（C2）与L7809CV集成电源芯片的第3信号端连接；所述定时器集成芯片（U2）为SE555C定时器集成芯片，外围电阻、电容为第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电容（C3）和第四电容（C4）；第一电阻（R1）、第二电阻（R2）的一端连接后与定时器集成芯片（U2）的第7信号端连接，第一电阻（R1）的另一端与定时器集成芯片（U2）的第4信号端、第8信号端连接，第二电阻（R2）的另一端与第三电容（C3）的一端连接后与定时器集成芯片（U2）的第6信号端、第2信号端连接，第三电容（C3）的另一端与第四电容（C4）的一端与定时器集成芯片（U2）的第1信号端连接后接地，第四电容（C4）的另一端与定时器集成芯片（U2）的第5信号端连接，定时器集成芯片（U2）的第3信号端为输出端，定时器集成芯片（U2）的第4信号端为复位端，定时器集成芯片（U2）的第8信号端为电源端。

3.根据权利要求2所述的一种简易车载函数发生器，其特征在于：所述的第一电阻（R1）为68K，第二电阻（R2）为3.9K，第三电容（C3）为100nF。