C8051F040的車用CAN總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

電氣與電子系統(tǒng)是車輛的重要組成部分，其工作狀態(tài)直接影響車輛的性能。按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)車輛電氣系統(tǒng)時(shí)，往往采取堆積各種子系統(tǒng)的途徑來提高系統(tǒng)的性能，因此車輛內(nèi)部各子系統(tǒng)之間單純面向任務(wù)而不考慮與全局的關(guān)系。隨著子系統(tǒng)及裝置數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法遇到了一系列問題：線路增多、布線復(fù)雜、電磁干擾增加、系統(tǒng)可靠性下降、檢查維修困難等。為了解決上述問題，現(xiàn)代車輛采用了綜合電子系統(tǒng)?？偩€是綜合電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過總線節(jié)點(diǎn)，綜合電子系統(tǒng)可采集、使用、分配和共享車內(nèi)所有電子系統(tǒng)的各種信息，達(dá)到弱化矛盾、增強(qiáng)整體功能的目的。CAN總線由于具有性價(jià)比高、可靠性高、實(shí)時(shí)性好、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)CAN總線，提出了一種基于C8051F040的通用總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。

1 總體設(shè)計(jì)
本文采用C8051F040單片機(jī)作為智能節(jié)點(diǎn)的主控芯片來設(shè)計(jì)CAN總線通用智能節(jié)點(diǎn)。智能節(jié)點(diǎn)通過現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)調(diào)整、高速數(shù)據(jù)采集獲取該節(jié)點(diǎn)下設(shè)備的參數(shù)，并通過總線收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線，同時(shí)根據(jù)參數(shù)及總線上的其他信息和命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。通過CAN總線智能節(jié)點(diǎn)，可將車輛電氣系統(tǒng)各子系統(tǒng)及設(shè)備緊密聯(lián)系在一起，構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

考慮到智能節(jié)點(diǎn)的通用性，經(jīng)過對(duì)車輛各子系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行分析，確定了智能節(jié)點(diǎn)主要指標(biāo)。
①信號(hào)輸入：8路模擬信號(hào)輸入，16路數(shù)字信號(hào)輸入，2路脈沖量輸入；
②控制信號(hào)輸出：2路模擬控制信號(hào)輸出，8路數(shù)字信號(hào)輸出；
③CAN總線接口：1個(gè)CAN總線接口(支持CAN2．0A和CAN2．0B)。

2 硬件設(shè)計(jì)
CAN總線節(jié)點(diǎn)有兩種設(shè)計(jì)方法，一種采用通用微控制器結(jié)合獨(dú)立CAN控制器加上收發(fā)器，另一種采用集成CAN控制器的微控制器結(jié)合CAN收發(fā)器。本文采用第二種設(shè)計(jì)方法，選用1片C8051F040單片機(jī)作為智能節(jié)點(diǎn)的主控芯片。主控芯片內(nèi)部集成CAN控制器，兼容CAN2．0A和CAN2．0B，配合總線收發(fā)器后可完成CAN通信。此外，主控芯片還使用內(nèi)部集成的A／D轉(zhuǎn)換器完成對(duì)模擬信號(hào)的采集，同時(shí)向被控設(shè)備輸出模擬和數(shù)字控制信號(hào)。主控芯片各種資源的相關(guān)情況見參考文獻(xiàn)。
智能節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)包括：模擬信號(hào)采集電路、開關(guān)信號(hào)采集電路、開關(guān)信號(hào)輸出、LCD電路、CAN總線電路等。硬件原理框圖如圖2所示。

2．1 模擬信號(hào)采集電路
模擬信號(hào)采集電路用于采集受控設(shè)備輸出的模擬信號(hào)。該電路由模擬信號(hào)調(diào)整電路、SPI總線A／D轉(zhuǎn)換器MCP3208、高速光電耦合器2801以及外圍電路組成，其電路原理圖如圖3所示。