【正文】 圖 串行接口電路圖 按鍵電路設(shè)計 利用四個按鍵來分別控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速和檔位的增加和減小。 圖 按鍵電路圖 24 電位計電路設(shè)計 水溫和油量的輸入信號為模擬電壓信號，通過芯片 AD 模塊的轉(zhuǎn)換，將 0~5V 的電壓信號轉(zhuǎn)換為具體數(shù)據(jù)發(fā)送 到總線上。 25 第 4 章 汽車智能儀表系統(tǒng)的軟件設(shè)計 硬件設(shè)計完成之后，系統(tǒng)的主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)。 本文 在 版本的集成開發(fā)環(huán)境下進行編譯連接 。將 LabVIEW 與一般的數(shù)據(jù)采集以及儀器設(shè)備加以組合，就可以設(shè)計出虛擬儀器并將其應(yīng)用于許多領(lǐng)域，從而擺脫傳統(tǒng)的儀器功能的限制 [15]。 LabVIEW 的特色在于擁。以 為例，功能模板包 括各種功能的子模板，每個子模板中又含有該類型的控制命令、函數(shù)、變量等。符合國際標(biāo)準(zhǔn) 接口驅(qū)動程序，適合于用戶組建小型的測試系統(tǒng)和較簡單的虛擬儀器或者用于大系統(tǒng)中某個分系統(tǒng)的編程。汽車虛擬儀 表系統(tǒng)的上位機軟件部分將采用虛擬儀器技術(shù)目前比較流行、比較成熟的開發(fā)軟件 LabVIEW 來開發(fā)，并配合硬件實現(xiàn) CAN 信息報文的采集、處理，最終實現(xiàn) 汽車 儀表的 部分 功能。首先從整體組成部分開始講述，然后給出了硬件系統(tǒng)所選用的微處理器。按下 KEY3鍵使汽車增加一個檔位，按下 KEY4 鍵使汽車減少一個檔位。而且它只需要 5V 的電壓供電，即可完成這一系列電壓轉(zhuǎn)換的工作。所以要想成功實現(xiàn) PC 機與單片機之間的串行通訊，還需要使用額外的電子芯片來解決電壓轉(zhuǎn)換的問題。 圖 CAN 總線節(jié)點的硬件電路圖 串行接口電路的設(shè) 計 每一臺 PC 機上，都配置有標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊端口 COM1 和 COM2。 在本論文中，選用 PCA 公司的 PCA82C250 收發(fā)器。而 CAN 收發(fā)器的作用則是將符合 CAN 總線格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成實際的電信號，也就是轉(zhuǎn)化成 CAN 總線上 CAN_H 和 CAN_L 兩個時刻互補的信號。但并不是說明，將這兩個引腳連接到 CAN 總線上就實現(xiàn)了 CAN 總線節(jié)點的搭建。 圖 接 收 緩沖 器 結(jié)構(gòu) 3． msCAN 模塊寄存器在內(nèi)存中的映射地址 在這里，映射地址是采用相對地址來表示的，寄存器地址等于基地址加相對地址，其中 PWM 模塊的基地址為 $0140，是一個 MCU 級地址，相對地址是模塊級地址。 圖 發(fā)送緩沖 器 結(jié)構(gòu) 2． 接 收單元 msCAN 模塊設(shè)計有 5 個擁有 FIFO（先入先出）機制的接收緩沖區(qū)。所以 msCAN 為了解決這一問題，就設(shè)計了 3 個發(fā)送緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)前一個數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后，下一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)也能及時去競爭總線。 圖 是 msCAN 模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，從直接用戶的角度，并不需要了解其內(nèi)部工作的詳細(xì)機理，只需要從應(yīng)用的角度上去理解其詳細(xì)功能即可。對于 CAN 總線的通訊速率可以允許用戶編程設(shè)置，最大可以達到 1Mbps。 18 圖 MC9S12XS128 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1． MCU 核心 該部分包括 MCU 的的三種內(nèi)存 (FLASH、 RAM、 EEPROM)；多電壓調(diào)整器，包括數(shù)字電路和模擬電路電源電壓；具有單線背景調(diào)試接口 (BDM)和運行監(jiān)視功能的增強 S12CPU；程序內(nèi)存的頁面模式控制；具有終端識別、讀寫控制、工作模式等。 SCI、 SPI、 PWM 串行接口模塊。 微處理器的介紹 本次設(shè)計采用的微控制器為 MC9S12XS128。 飛思卡爾半導(dǎo)體是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，它的產(chǎn)品在汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品市場占有量位居世界領(lǐng)先地位，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了奔馳、寶馬、福特、現(xiàn)代和通用汽車之中。針對汽車儀表的使用環(huán)境，世界上各大芯片生產(chǎn)商都爭相推出功能強大、價格合理的汽車儀表專用芯片?，F(xiàn)在，世界上有很多大公司為汽車儀表提供專用芯片。其中詳細(xì)描述了CAN 總線協(xié)議以及在應(yīng)用時應(yīng)重點注意的事項，為后續(xù)進行 CAN 總線儀表硬件電路的開發(fā)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。同步段包含了一個上升沿跳變電壓，用來與總線上的節(jié)點同步。當(dāng)一個幀的子域包含無效應(yīng)位時發(fā)生構(gòu)成錯誤。有 5 種可能的錯誤會造成發(fā)送錯誤幀： (1)位錯誤； 15 (2)填充錯誤； (3)CRC 錯誤； (4)構(gòu)成錯誤； (5)應(yīng)答錯誤。過載分隔符由 8 個退讓位組成。錯誤分隔域由 8 個退讓位組成。仲裁域中的 RTR 位把遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀區(qū)別開來，遠(yuǎn)程幀的 RTR 域是退讓位，而數(shù)據(jù)幀是支配位。 ACK 分隔符位是一個單獨的退讓位。對于每個字節(jié)，最高位先傳。對于數(shù)據(jù)幀， 14 這個位必須為支配 (邏輯低 )，而遠(yuǎn)程幀則必須為退讓 (邏輯高 )。 圖 CAN 數(shù)據(jù)幀 開始域由一個單獨的 支配位 (邏輯 0)組成。協(xié)議包括了一個直接仲裁技術(shù)和復(fù)雜的錯誤檢測機制。 圖 CAN amp。 B 部分包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。 最新的 CAN 協(xié)議 版有兩個不同的部分 [12]： A 部分 (標(biāo)準(zhǔn)格式 )和 B 部分 (擴展格式 )。通信協(xié)議棧源代碼完全由標(biāo)準(zhǔn)ANSIC 代碼編寫，可以和多種商業(yè)用實時操作系統(tǒng)配套使用。將 J1939 協(xié)議棧轉(zhuǎn)換到應(yīng)用硬件平臺，將 J1939 協(xié)議棧成功應(yīng)用在需要的硬件平臺上，汽車電子產(chǎn)品開發(fā)只需要完成硬件抽象層（ HAL）程序的編寫，該程序由用戶采用的 CAN 物理器件決定 [11]。網(wǎng)絡(luò)管理層：該層不屬于 OSI 標(biāo)準(zhǔn)的一部分，但對于采用 J1939 協(xié)議通訊的設(shè)備很重要。數(shù)據(jù)鏈路層： CAN 控制芯片實現(xiàn)了幾乎全部的數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)容，但 J1939 對該層進行了一些修改，如對 ID 號重新進行了定義， J1939 只支持?jǐn)U展幀模式。 J1939 協(xié)議棧實現(xiàn) OSI 標(biāo)準(zhǔn)中定義的數(shù)據(jù)鏈路層及傳輸層，實現(xiàn) J1939 協(xié)議為傳輸報文所附加的兩層[10]。所提供的源代碼、文檔、例子程序使用戶能夠很快地應(yīng)用 SAE J1939 軟件進行工作。這種基于 OSI 層模型的協(xié)議軟件具有標(biāo)準(zhǔn)組件的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)最適于移植到特殊的目標(biāo)系統(tǒng)。使用 FlexRay 后，汽車的安全系統(tǒng)將從這一全新的整合中獲益，從而顯著提高汽車的安全性能。在不需要 CAN 總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通信，使用 LIN 總線可以大大節(jié)省成本。 汽車總線比較 LIN 為 CAN 的補充，兩者一般結(jié)合使用，與 CAN 總線相比， LIN 總線控制方式的成本較低是最大的優(yōu)勢；從高容錯性的比較而言， CAN 總線的目標(biāo)應(yīng)用是汽車的高速和多路數(shù)據(jù)通信。 MOST的數(shù)據(jù)傳送使用 512b 的幀，以及 16 個幀的塊。 MOST 的定義是非常普通的，允許采用多種拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，包括星形和環(huán)形，大多數(shù)汽車裝置都采用環(huán)形布局。（ 1998 年），參與各方建立了一個自主的實體，即 MOST 公司，由它控制總線的定義工作。骨干網(wǎng)絡(luò) FlexRay 具有很高的數(shù)據(jù)速率，因而非常適合 于汽車骨干網(wǎng)絡(luò)，用于連接多個獨立網(wǎng)絡(luò)。同時，還支持總線或星型拓?fù)?。消息能夠冗余傳輸，但并不是所有消息都必須冗余傳輸，否則會導(dǎo)致帶寬的過多損耗。時基的精確度介于 和 10us 之間 (通常為 12us)。由于新技術(shù)能實現(xiàn)經(jīng)濟高效的新應(yīng)用，整個行業(yè)對這個標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了濃厚的興趣， FlexRay 提供了傳統(tǒng)車內(nèi)通信協(xié)議所不具備的大量特性，包括： 2 10Mbps 的數(shù)據(jù)速率， FlexRay 支持兩個通信信道，每個信道的速度達到 10Mbps。 LIN 相對于 CAN 的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實現(xiàn)成本和無需在從屬節(jié)點中使用石英或陶瓷諧振器。 LIN 規(guī)范包含傳輸協(xié)議、傳輸介質(zhì)以及 用于開發(fā)工具和應(yīng)用軟件的接口。對于不需要控制器局域網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和多種功能的應(yīng)用， LIN 實現(xiàn)了一種具有成本效益的智能傳感器和執(zhí)行器的通訊方式。它不需要專門的片上通訊模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口 USART，速率可達 20kbps，總線長度不大于 40m。 LIN 相對于 CAN 的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實現(xiàn)成本和無需在從屬節(jié)點中使用石英或陶瓷諧振器。對于單獨的 CAN 控制器， MCU 可以通過其地址總線對其寄存器直接尋址，就像 MCU 對一般外部 RAM 尋址一樣。 CAN 控制器對于 CPU 來說，是以確保雙方獨立工作的存儲影像外圍設(shè)備出現(xiàn)的。 CAN 總線的速度將由光電耦合器的速度決定。 CAN 控制器芯片的片內(nèi)輸出驅(qū)動器和輸入比較器可編程，它可方便地提供多種發(fā)送類型，諸如：單線總線、雙線總線（差分）和光纜總線。 CAN 總線上的節(jié)點即可以是基于微控制器的智能節(jié)點，也可以是具有 CAN 接口的 I/O 器件 [8]。另外， CAN 節(jié)點在嚴(yán)重錯誤的情況下，具有自動關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其它節(jié)點的 操作不受其影響。例如，規(guī)定 0 的優(yōu)先級高，在節(jié)點發(fā)送信息時， CAN 總線作與運算。采用雙絞線通信時，速率為1Mbps/40m,50Kbps/10Km,結(jié)點數(shù)可達 110 個。 通信網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可以在任意時刻主動地向總線上其它節(jié)點發(fā)送信息 ,可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)； CAN 總線提供高速數(shù)據(jù)傳送，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，在短距離 (40m)條件下具有 高速 (1Mbit/s)數(shù)據(jù)傳輸能力，而在最大距離 10000m 時具有低速 (5kbits/s)傳輸能力，采用不歸零碼（ NRZNonReturntoZero）編碼／解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。 CAN 總線基本特點 CAN 總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對數(shù)據(jù)的成幀處理，用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適應(yīng)系統(tǒng)實際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議 [7]。 CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串性通訊網(wǎng)絡(luò)。組件之間傳送的數(shù)據(jù)遵循標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 通訊格式，其中包括目的組件 ID、控制和數(shù)據(jù)信息負(fù)荷 以及 CRC。 CAN 總線能有效支持分布式控制或?qū)?時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有抗干擾性強和使用可靠等優(yōu)點，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)和工業(yè)控制等自動化領(lǐng)域，如分布式環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、變電站變監(jiān)測系統(tǒng)等， CAN 總線可在同一網(wǎng)絡(luò)上連接多種不同功能的傳感器（如位置，溫度或壓力等）。 CAN 推出之初是用于汽車內(nèi)部測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。在 1992 年，奔馳公司首先在他們的高級轎車上使用了 CAN 技術(shù)。 在 20 世紀(jì) 90 年代初， Bosch CAN 規(guī)范（ CAN ）被提交給了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。根據(jù)這個 CAN 協(xié)議，在 1987 年中期， Intel開發(fā)了首個 CAN 控制器 — 82526。 汽車總線控制是汽車產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展方向，要想進行總線控制，必須從軟件和硬件兩個方面著手，而使用嵌入式操作系統(tǒng)對軟硬件進行管理，不論是實時性還是從可靠性來講，都具有無可比擬的優(yōu)勢。 4 3．通過 C 語言編程和 LABVIEW 編程實現(xiàn)兩個 CAN 節(jié)點之間的通信以及單片機和 PC 機之間的通訊。由于我國中高級車以歐洲車型為主，因此隨著 CAN 總線技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車儀表會進入一個全新的時代。在儀表中的 CAN 應(yīng)用，主要使用低速通訊接收汽車信息數(shù)據(jù)，可以從其他 ECU 接收實時的車速、轉(zhuǎn)速、剩余油量以及發(fā)動機水溫信號進行模擬指示；另外也可以接收如 ABS、油壓等報警信息提示駕駛員。 為使不同廠家生產(chǎn) 的零部件能在同一輛汽車中協(xié)調(diào)工作， 1993 年 11 月， ISO 在充分考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的背景下，正式頒布了 CAN 國際標(biāo)準(zhǔn)，為控制器局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。它可以有效地支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。汽車電子控制裝置的增多， 使得連接汽車電子控制裝置之間導(dǎo)線也變得更為復(fù)雜 [3]。由于汽車排放、節(jié)能、安全和舒適性等使用性能不斷提高，使得汽車電子控制程度也越來越高。從其應(yīng)用技術(shù)手段上看，還是電子技術(shù)范疇，也屬于電子式儀表，但是信號傳輸方式己經(jīng)從 模擬信號變成數(shù)字信號，并朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化方向發(fā)展。 隨著集成電路技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，這種儀表現(xiàn)在均采用汽車儀表專用集成電路，是國內(nèi)汽車儀表目前主流產(chǎn)品，目前國內(nèi)大多數(shù)汽車還是采用這種結(jié)構(gòu)的儀表。磁電式儀表的性能穩(wěn)定，讀數(shù)精確，量限多，使用方便，適應(yīng)于直流電路的精密測量和實驗室中的標(biāo)準(zhǔn)測量儀表。 2．電氣式儀表階段。 汽車 儀表 的發(fā)展 根據(jù)儀表的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和顯示方式，汽車儀表的發(fā)展過程可以分為以下四個階段 [1]： 1． 傳統(tǒng)儀表階段。近年來隨 著微電子技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展， CAN 總線協(xié)議在車載電控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，因此汽車儀表可通過CAN 總線直接在總線網(wǎng)絡(luò)上讀取所需的輸入信號，無須專門布置傳感器，從而可使汽車儀表系統(tǒng)得到大大簡化，同時也顯著降低了儀表的成本。因為目前對汽車儀表的要求，已經(jīng)不僅僅滿足于單純的完成指示工作了，而且還要求汽車儀表能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車各部件參數(shù)的監(jiān)測，而達到控制汽車各種運行工況的目的。其中，基于 LabVIEW 的虛擬儀表系統(tǒng)開發(fā)和單片機的 C 語言編程是本設(shè)計的重點和難點。其中硬件系統(tǒng)是以飛思卡爾公司的MC9S