基于LPC2119的配電控制模塊設(shè)計(jì)

RS232通信接口電路設(shè)計(jì)

RS232標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近端連接。實(shí)際工作時(shí)，為了能夠與TTL器件連接，必須在RS232與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換;輸出、輸入信號(hào)都要分別經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后才能送到連接器或從連接器上接收。本配電控制模塊選用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，MAX3232芯片與LPC2119的電路連接如圖3所示。LPC2119內(nèi)部集成2個(gè)的通用異步收發(fā)器UART單元，提供了兩個(gè)獨(dú)立的異步串行I/O口。MAX232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，只需3.3V電源便可實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高。

CAN總線接口電路設(shè)計(jì)

CAN控制器是CAN通信的核心，CAN的通信底層協(xié)議的轉(zhuǎn)換主要由CAN控制器和CAN收發(fā)器實(shí)現(xiàn)。對(duì)于不同型號(hào)的CAN總線通信控制器，實(shí)現(xiàn)底層協(xié)議部分的電路結(jié)構(gòu)和功能基本相同，而與微處理器接口部分的結(jié)構(gòu)和方式存有不同。

在本配電控制模塊的CAN總線通信接口中采用CTM1050T總線接口模塊。CTM1050T為隔離型CAN收發(fā)器模塊，內(nèi)部包含隔離電路、CAN收發(fā)器、總線保護(hù)和電源電路，CTM1050T主要是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，且具有隔離功能、ESD保護(hù)功能以及TVS管防總線過壓功能。CTM1050T是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。CAN總線接口電路如圖4所示，LPC2119與CTM1050T模塊構(gòu)成的CAN節(jié)點(diǎn)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)CAN總線上各節(jié)點(diǎn)在電氣、電源上完全隔離和獨(dú)立。由圖4可知，在設(shè)計(jì)過程中CTM1050T與CAN總線的接口部分采用了一定的安全和抗干擾措施。為了保護(hù)CTM1050T免受過流的沖擊，CTM1050T的CANL和CANH引腳各自通過一個(gè)5Ω的電阻和濾波電感與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用;為了濾除總線上的高頻干擾和預(yù)防電磁輻射，CANL和CANH與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30P的小電容。當(dāng)CAN總線有較高的電壓時(shí)，通過二極管的瞬態(tài)擊穿可起到一定的過壓保護(hù)作用，因此，在兩根CAN總線接入端與地之間分別反接了一個(gè)保護(hù)二極管。CTM1050T模塊的TXD、RXD引腳兼容+3.3V、+5V的CAN控制器，不需外接其他元器件，直接將+3.3V或+5V的CAN控制器發(fā)送、接收引腳與CTM1050T模塊的發(fā)送、接收引腳相連接。

圖4 CAN總線接口電路圖

LIN總線接口電路設(shè)計(jì)

在配電控制模塊的LIN總線通信接口中采用TJA1020作為總線數(shù)據(jù)收發(fā)器件，TJA1020收發(fā)器是LIN傳輸媒體之間的接口協(xié)議控制器和LIN主機(jī)/從機(jī)協(xié)議控制器，配電控制模塊充當(dāng)LIN網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)，通過UART1串口連接到LIN收發(fā)器TJA1020，然后再由TJA1020連接到LIN物理總線上。TJA1020輸入引腳TXD的發(fā)送數(shù)據(jù)流被LIN收發(fā)器轉(zhuǎn)換成總線信號(hào)并且電平翻轉(zhuǎn)速率和波形都受到限制，以減少電磁輻射。TJA1020的接收器檢測(cè)到LIN總線上的數(shù)據(jù)流并通過RXD引腳將它傳送到協(xié)議控制器。LIN收發(fā)器TJA1020的主要特性是：①波特率最高達(dá)20kbps;②高抗電磁干擾性，極低的電磁發(fā)射;③未通電狀態(tài)下的無源特性;④在睡眠模式下電流消耗極低，可實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)程喚醒;⑤短路保護(hù)和過熱保護(hù)等。本設(shè)計(jì)采用LPC2119處理器的UART1作為L(zhǎng)IN總線通訊接口，選用TLP113高速光耦進(jìn)行信號(hào)隔離傳輸，LIN總線接口電路如圖5所示。

圖5 LIN總線接口電路圖

圖6 +15V控制電源電路圖

控制電源電路設(shè)計(jì)

根據(jù)配電控制模塊的工作要求，模塊需要電源提供+15V、+3.3V以及+1.8V的電壓。在進(jìn)行配電控制模塊所需的+15V電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，為提高電源穩(wěn)定性，選用COSEL的電氣隔離型SFS152415 DC/DC電源模塊，+15V控制電源電路如圖6所示。

+3.3V和+1.8V電源電路如圖7示，分別選用3.3V和1.8V的SPX1117系列線性穩(wěn)壓芯片得到模塊需要的+3.3V和+1.8V電源，選用COSEL的SUS32405型號(hào)DC/DC電源模塊控制電源電氣隔離，以提高電源系統(tǒng)的抗干擾能力。

圖7 +3.3V和+1.8V控制電源電路圖

結(jié)束語

本文基于LPC2119微處理器設(shè)計(jì)了配電控制模塊，首先給出了配電控制模塊的總體設(shè)計(jì)，然后介紹了微處理器LPC2119的選型，最后闡述了模塊的電路設(shè)計(jì)，包括存儲(chǔ)器電路、RS232通信接口電路、CAN總線接口電路、LIN總線接口電路以及控制電源電路。該配電控制模塊為火箭炮武器裝備數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化奠定了基礎(chǔ)，在武器裝備配電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。