基于MCX系列MCU的EBike儀表解決方案

二十一世紀(jì)是電氣化的時代。相比于化石燃料驅(qū)動的車輛，電能驅(qū)動車輛具有顯著減少污染物排放、效率高、靜謐平順、行駛穩(wěn)定、加速快的優(yōu)點(diǎn)，并隨著充電設(shè)施的不斷完善，電能驅(qū)動車輛的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及。電動自行車（EBike）也已成為現(xiàn)代城市出行的重要工具。

EBike儀表作為騎行者獲取車輛狀態(tài)信息的窗口，其性能和可靠性至關(guān)重要。一款出色的電動自行車儀表能夠提供的行駛信息包括：工作模式、檔位設(shè)定、實(shí)時速度、平均速度、續(xù)航里程、單次里程、總里程、騎行時間、瞬時功率、平均功率等。MCX系列MCU（微控制器）憑借其高性能、低功耗和豐富的外設(shè)接口，成為EBike儀表解決方案的理想選擇。

本解決方案將詳細(xì)介紹如何基于MCX系列MCU設(shè)計一款功能全面、性能穩(wěn)定、操作便捷的EBike儀表。通過合理的硬件設(shè)計和優(yōu)化的軟件編程，實(shí)現(xiàn)儀表的精準(zhǔn)顯示、智能報警和遠(yuǎn)程通信等功能，為EBike用戶提供更加安全、舒適的騎行體驗(yàn)。

MCX系列MCU不僅支持高速數(shù)據(jù)處理和多種通訊協(xié)議，還具備強(qiáng)大的電機(jī)控制和模擬性能，能夠精準(zhǔn)讀取和顯示EBike的電量、速度、里程等關(guān)鍵信息。此外，其低功耗特性有助于延長電池續(xù)航時間，提升用戶體驗(yàn)。

案例分析

隨著電動自行車/電動摩托車的廣泛普及，市場上出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的EBike儀表解決方案。來自博世公司的電動自行車控制系統(tǒng)-Purion2001；來自納恩博公司的高端電動摩托車-E300P系列；來自雅迪公司的高端電動摩托車-飛躍FD93系列。這三個案例都具有炫酷的人機(jī)交互界面。從而表明，炫酷且信息豐富的界面，可以極大提高產(chǎn)品的檔次，從而吸引更多的用戶。

主控制器

NXP電動車儀表解決方案采用MCX N系列MCU – MCXN947。MCX N是NXP最新的高性能、低功耗微控制器系列。它具有如下特性：

150MHz主頻

Flash 2MB, SRAM 512 KB

雙Cortex-M33核，主CPU核包含浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU、內(nèi)存保護(hù)單元MPU、數(shù)字信號處理單元

PowerQuad數(shù)字信號協(xié)處理器和加速器

CoolFlux BSP32數(shù)字信號處理器

FlexIO，通過編程可以實(shí)現(xiàn)LCD控制

SmartDMA控制器，通過編程可以實(shí)現(xiàn)攝像頭驅(qū)動、數(shù)字鍵盤、顏色格式轉(zhuǎn)換

滿足多樣性需求的定時器，如標(biāo)準(zhǔn)定時/計數(shù)器CTimer、支持硬件狀態(tài)機(jī)的SCTimer、增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制定時器FlexPWM、實(shí)時時鐘RTC、正交解碼器

功能豐富的通信接口，如高速USB、全速USB、支持SPI、I2C、UART通信協(xié)議的低功耗靈活通信接口LP_Flexcomm、CAN通信控制器FlexCAN、I3C、以太網(wǎng)

同步音頻接口SAI

觸摸感應(yīng)輸入TSI

超安全數(shù)字主機(jī)控制器uSDHC，可以為圖片、字體提供大容量存儲介質(zhì)

開發(fā)套件

NXP針對MCX N系列MCU提供了完整的圖形界面解決方案，包括：

FRDM-MCXN947評估板

LCD-PAR-S035顯示屏，分辨率為480x320

硬件環(huán)境設(shè)置

為了評估本文所述的電動車儀表應(yīng)用，請按如下步驟進(jìn)行配置：

根據(jù)下圖，將LCD顯示屏與FRDM-MCXN947評估板進(jìn)行連接

使用USB-Type C線將FRDM-MCXN947評估板的板載調(diào)試器接口J17與PC機(jī)的USB接口進(jìn)行連接

如果連接成功，可以在PC機(jī)的設(shè)備管理器窗口中看到MCU-Link板載調(diào)試器虛擬串口：

軟件開發(fā)環(huán)境

本文中的EBike儀表設(shè)計的軟件開發(fā)環(huán)境：

免費(fèi)開源嵌入式圖形庫LVGL

NXP圖形界面開發(fā)工具GUI Guider

設(shè)計實(shí)現(xiàn)

基于NXP圖形設(shè)計工具GUI Guider的圖形界面設(shè)計流程可分為：工程創(chuàng)建、資源導(dǎo)入、控件布局、仿真驗(yàn)證、目標(biāo)板部署。

1. 工程創(chuàng)建

GUI Guider創(chuàng)建一個新工程的步驟如下：

1.1 啟動GUI Guider, 點(diǎn)擊Create a new project創(chuàng)建工程，進(jìn)入Select LVGL Version窗口：

1.2 在Select LVGL Version窗口中，選擇LVGL版本。GUI Guider支持LVGLv7和LVGL v8, 這里選擇LVGL v8, 即v8.3.10。點(diǎn)擊Next, 進(jìn)入Selecta Board Template窗口：

1.3 在Select a Board Template窗口，先選擇處理器系列，這里是MCX，然后選擇評估板，這里選擇FRDM-MCXN947。選擇評估板之后，點(diǎn)擊Next，進(jìn)入Select an Application Template窗口：

1.4 在Select an Application Template窗口中，選擇應(yīng)用模板，這里選擇EmptyUI, 以創(chuàng)建一個空工程。選擇應(yīng)用模板之后，點(diǎn)擊Next，進(jìn)入Project Settings窗口：

1.5 在Project Settings窗口中，正確設(shè)置工程名、工程路徑、顏色深度、屏幕類型，然后點(diǎn)擊Create開始創(chuàng)建：

1.6 創(chuàng)建完成的工程如下圖所示：

2. 資源導(dǎo)入

一個炫酷的圖形界面離不開精美的圖片和字體。因此，在開始設(shè)計之前，需要導(dǎo)入圖片資源和字體資源。本文中的EBike儀表設(shè)計采用GUI Guider內(nèi)置字體-montserratMedium。對于想使用自定義字體的用戶，可以通過GUI Guider的字體導(dǎo)入功能實(shí)現(xiàn)：

對于圖片資源，請在開始界面設(shè)計之前，將所有要用到的圖片存放于工程目錄的import子目錄下。

3. 控件布局

在GUI Guider的界面編輯區(qū)，在選中某個控件之后，可以通過拖拽改變控件的大小和位置。如果想進(jìn)行更精細(xì)的調(diào)整，可以通過設(shè)置控件的位置和大小屬性來實(shí)現(xiàn)：

除了可以設(shè)置單個控件的位置和大小，對于多個控件，GUI Guider支持豐富的對齊選項(xiàng)，如頂端對齊、底端對齊、左對齊、右對齊、水平均勻分布、垂直均勻分布、水平中心對齊和垂直中心對齊。

例如，在EBike儀表界面的底部，需要三個等間隔排列的圓角矩形指示當(dāng)前正在操作的界面。然而，這三個圓角矩形的初始排列雜亂無章，需要經(jīng)過底端對齊和水平均勻分布對齊處理后才能變得規(guī)整。調(diào)整前的效果和調(diào)整后的效果：

經(jīng)過調(diào)整之后的EBike儀表界面:

4. 仿真驗(yàn)證

當(dāng)界面設(shè)計完成后，通過執(zhí)行Simulator->C操作可以啟動仿真:

5. 目標(biāo)板部署

當(dāng)仿真結(jié)束且滿足設(shè)計預(yù)期的時候，可以執(zhí)行Target->MCUXpresso操作實(shí)現(xiàn)代碼生成、IDE工程創(chuàng)建、編譯鏈接、可執(zhí)行程序下載到目標(biāo)板并啟動運(yùn)行，極其方便：

6. 運(yùn)行

部署完成后，EBike儀表盤解決方案的運(yùn)行效果如下圖所示：

7. 代碼獲取

本文所述EBike儀表解決方案的源代碼可以通過NXP Application Code Hub獲取。Application CodeHub的鏈接如下：

https://mcux?presso.nxp.com/appcodehub

您可以在Application Code Hub檢索到本文所述EBike儀表解決方案的源代碼工程。