【正文】 10 該模塊輸入為車載電瓶 12V 直流電壓。因此： VRRU ??????? ???????? ?? B． 腳 5 電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 同時(shí)送 入 內(nèi)部比較器進(jìn)行電壓比較。主要應(yīng)用于以微處理器 (MPU)或芯片 (MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。 該芯片有 5 個(gè) 固定 (、 、 、 和 5V)的型號。 CAN 最初是由德國的 Bosch公司為汽車的監(jiān)測與控制設(shè)計(jì)的，但由于CAN 總線本身的突出特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。它結(jié)構(gòu)簡單，器件容易購置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低，而且開發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具 ； CAN 總線的 功能描述 CAN 模塊支持 /B 協(xié)議。由于不能通過存儲器映射直接訪問報(bào)文存儲器， CAN 控制器會(huì)提供一個(gè)接口來與報(bào)文存儲器通信。 MAC 子層可響應(yīng)報(bào)文幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測和標(biāo)定。 C A N 總 線 長 度 / m位速率/Kb/s51 02 05 01 0 02 0 05 0 01 0 0 01 0 4 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0雙 絞 線 圖 26 CAN 總線傳輸速率與距離的關(guān)系 基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 CAN 模塊電路具體設(shè)計(jì) Luminary LM3S8962 微控制器是一款基于 ARM CortexTMM3 處理器內(nèi)核的高性能微控制器。 電路設(shè)計(jì)如圖 27 所示。這種特性使得 TJA1040 非常適用于局部網(wǎng)絡(luò)中的供電與點(diǎn)火開關(guān)相連的節(jié)點(diǎn)。 JTAG 接口可對 PSD 芯片內(nèi)部的所有 部件進(jìn)行編程。光耦合器的輸入端為發(fā)光二極 管，輸出端為光敏晶體管。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。 設(shè)計(jì) 采用 VID6606 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。在該模式下，給電機(jī)一個(gè)周期的脈沖則電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 1/12176。工作時(shí)脈沖信號從主芯片輸入管腳 F(SCX)A/B/C/D，芯片根據(jù)脈沖個(gè)數(shù)來決定步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，輸入信號 F(SCX)的上升邊緣驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)微步，即 1/12176。 表 26 VID6606芯片時(shí)序參數(shù) 參數(shù) 符號 測試條件 最小 典型 最大 單位 信號脈沖寬度 TW 高或低電平 450 Ns 輸入頻率 F(SCX) 器件輸入 限制 電機(jī)速度限制 MHz KHz ts 高或低電平 100 ns trr 100 ns 信號脈沖寬度最小不能小與 450ns，如圖 211 所示?？捎梅植侥Ｊ交蛭⒉侥Ｊ津?qū)動(dòng)。 VID29 系列步進(jìn)電機(jī)是一種精密的微型步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)置減速比 180/1 的齒輪系，主要應(yīng)用于車輛的儀表指示盤， 也可以用于其它儀器儀表裝置中，將數(shù)字信號直接準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為模擬的顯示輸出。當(dāng)輸入為高電平時(shí)則控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入為低電平時(shí)則控制電機(jī)反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)每隔一定時(shí)間就刷新一次，通過下一次脈沖周期數(shù)與上一次脈沖周期數(shù)的比較，用下一次的周期數(shù)減去上一次的周期數(shù)，如果為正，則方向控制端輸入高電平，轉(zhuǎn)動(dòng)的度數(shù)就根據(jù)兩次脈沖數(shù)的差數(shù)；如果為負(fù)，則輸入低電平，轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)還是兩次脈沖數(shù)差。芯片為了過濾快速電壓瞬變 ， 建議連結(jié)二個(gè) 100nF 陶 瓷電容到電源輸入腳 ( 15)，每邊一個(gè)，并盡可能的靠近芯片。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)儀表的原理 本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)儀表。輸入的電信號驅(qū)動(dòng) 發(fā)光二極管 (LED)，使之發(fā)出一定 波長 的光，被光探測器接收而產(chǎn)生 光電流 ，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。 基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R1411223344556677889910101111121213131414151516161717181819192020JTAGHEADER 10X2VCC5R13GNDGNDTRSTTDITMSTCKTDORESET 圖 28 JTAG 模塊電路 表 24 JTAG 模塊引腳定義 編號 引腳名稱 引腳定義 1 TCK 測試時(shí)鐘輸入 2 TMS 測試模式選擇， TMS 用來設(shè)置 JTAG 口處于某種特定的測試模式 3 TDO 測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO 從 JTAG 口輸出 4 TDI 測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 輸入 JTAG 口 5 TRST 測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效 信號調(diào)理模塊 設(shè)計(jì) 汽車儀表所要顯示的信號有多種，除了通過 CAN 總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之外，還要通過汽車信號采集系統(tǒng)來采集開關(guān)量， 經(jīng)過采集的開關(guān)量信號，如汽車啟動(dòng)與否，車燈的開與關(guān)，車門是否關(guān)好 ，安全帶是否綁好 等信號，通過光耦合器后，輸出數(shù)字量信號，輸入到主芯片中進(jìn)行處理。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 TJA1040 為總線提供差動(dòng)的發(fā)送功能為 CAN 控制器提供差動(dòng)的接收功能 。 由于 LM3S8962 微控制器的高集成性，使本設(shè)計(jì)中 CAN 總線通信電路省去了通常使用的獨(dú)立的 SJAl000CAN 控制器，只須將 CAN 收發(fā)器 TJA1040 連接在 MCU和 CAN 總線之間，完成 CAN 總線信號的接收和 發(fā)送功能。 CAN 系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)任意節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)，如圖 26 所示。 規(guī)范 規(guī)范定義了數(shù)據(jù)鏈路層中的 MAC 子層和 LLC 子層的一部分，并描述了與 CAN 相關(guān)的外層。接著，報(bào)文處理器根據(jù)當(dāng)前的濾波和報(bào)文對象存儲器中的標(biāo)識符，將該信息載入合適的報(bào)文對象。其特點(diǎn)可概括如下： a. CAN 總線 是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線 ； b. CAN 為多 方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從 ； c. 在報(bào)文標(biāo)識符上， CAN 上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時(shí)需要，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在 134us 內(nèi)得到傳輸 ； d. CAN 采用非破壞總線仲裁技術(shù)。1%以內(nèi)。 芯片所用管腳如表 22 所示。 E． 腳 3 外接振蕩器所需要的定時(shí)電容電容值的大小決定振蕩器頻率的高低，亦決定開關(guān)管 T1 的通斷時(shí)間。其中，輸出電壓如公式 (21)所表示。而 汽車所攜帶的車載電瓶為 12V的電源，所以需要電壓轉(zhuǎn)換模 塊來實(shí)現(xiàn) 5V和 。 11 XTALPPHY O TTL 以太網(wǎng) PHY的 XTALP 12 XTALNPHY I TTL 以太網(wǎng) PHY的 XTALN 13 PA0~3 I/O TTL GPIO端口 A位 0~3 14 PB0~3 I/O TTL GPIO端口 A位 0~3 15 PF0~3 I/O TTL GPIO端口 F位 0~3 16 OSC0 I 模擬 主振蕩器晶體輸入 17 OSC1 O 模擬 主振蕩器晶體輸出 18 RST I TTL 系統(tǒng)復(fù)位輸入 19 TRST I TTL JTAG TRSTn 20 TDI I TTL JTAG TDI 21 TMS I/O TTL JTAG TMS 22 TCK I TTL JTAG TCK 23 TDO O TTL JTAG TDO 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2021) 9 3. 系統(tǒng) 硬件模塊 設(shè)計(jì)與 元器件 選型 系統(tǒng)晶振模塊設(shè)計(jì) 晶振全稱為 晶體振蕩器 ，其作用在于產(chǎn)生原始的 時(shí)鐘頻率 ，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。 最后， LM3S8962微控制器與 Stellaris系列的所有成員是代碼兼容的，這為用戶提供了靈活性，能夠適應(yīng)各種精確的需求。 根據(jù)對芯片選擇的原則，可選擇出最適用于控制系統(tǒng)的芯片，從而保證控制系統(tǒng)高可靠性、最優(yōu)的性價(jià)比、最長的使用壽命和最好的升級換代性。 系統(tǒng)根據(jù)采集的信號進(jìn)行處理計(jì)算，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，以及液晶顯示驅(qū)動(dòng)，并通過顯示設(shè)備顯示出來。是汽車儀表通訊未來的發(fā)展方向，有著相當(dāng)廣闊的市場空間。 第四、自動(dòng)化與 測控儀器儀表：測控儀器儀表種類繁多，而新型的測控儀器儀表無一不是嵌入式系統(tǒng)。但不論是高度集成的智能數(shù)字終端，還是各類數(shù)字融合產(chǎn)品，都離不開嵌入式系統(tǒng)的支持，可以說，嵌入式系統(tǒng)是家庭信息網(wǎng)絡(luò)、 IT 融合的重要技術(shù)基礎(chǔ)。在全球半導(dǎo)體市場快速復(fù)蘇，消費(fèi)電子、通信以及嵌入式系統(tǒng)各個(gè)應(yīng) 用領(lǐng)域快速發(fā)展，嵌入式微處理 器技術(shù)不斷進(jìn)步的情況下，全球嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持穩(wěn)步增長 。其它 一些轎車也正在配套該類型的儀表，步進(jìn)電動(dòng)式汽車儀表將是未來一 段時(shí)間內(nèi)汽車儀表的主導(dǎo)產(chǎn)品。 目前汽車儀表正在經(jīng) 歷由第 3 代向第 4 代轉(zhuǎn)型時(shí)期。由于傳統(tǒng)汽車儀表的指針位置是由合成磁場確定的，其線性差的問題難以解決 ，故常采用低速區(qū)和高速區(qū)不均勻分度方法加以糾正，但這樣會(huì)導(dǎo)致高速區(qū)和低速區(qū)指示精度降低和分辨率下降。在現(xiàn)代汽車中，采用總線的意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出節(jié)省電線的范圍，它已成為車內(nèi)各零部件實(shí)施信息交互的標(biāo)準(zhǔn)接口。 本課題利用總線技術(shù)設(shè)計(jì)汽車儀表通訊，使汽車儀表能夠接收傳感器的車速，油量，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，開關(guān)量等信號 并實(shí)時(shí)顯示出來，所設(shè)計(jì)的儀表主要應(yīng)用于重型運(yùn)輸車等領(lǐng)域。 基于 CAN總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)采用的是 TI的 LM3S8962芯片為核心處理器，以 CAN 總線通訊協(xié)議為基本協(xié)議，并且使用步進(jìn)電機(jī)作為汽車指針儀表的驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)輔以軟件編程來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。于是 ，先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) CAN 總線被引入到汽車組合儀表設(shè)計(jì)中，并替代原有的機(jī)械式、電氣式傳統(tǒng)的儀表設(shè)計(jì)。 我國目前主流的大多數(shù)汽車儀表都存在著以下的缺陷 [4]： a)精度不高。因此，如果能夠研制出智能化的汽車儀表對我國的汽車行業(yè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。第 4 代全數(shù)字式汽車儀表從其應(yīng)用的技術(shù)手段上看，還是電子技術(shù)范疇，也屬于電子式儀表，但信號處理方式己從 模擬變成數(shù)字。 隨著科 學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車上的電子裝置越來越多，從發(fā)動(dòng)機(jī)控制到傳動(dòng)控制，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向 控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報(bào)警系統(tǒng)，使汽車電氣系統(tǒng)形成了一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制。由于迅速發(fā)展的 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 和非常廉 價(jià)的微處理器的出現(xiàn)，不遠(yuǎn)的將來嵌入式設(shè)備將會(huì)全面走入人類的生活，而且還會(huì)在人類的工業(yè)、軍事、自然探索等各方面廣泛應(yīng)用。使用掌上電腦或 PDA 上網(wǎng)，人們可以隨時(shí)隨地獲取信息。因此，嵌入式系統(tǒng)在交通指揮系統(tǒng)、高速公路收費(fèi)監(jiān)控 、汽車自導(dǎo)航、 GPS 車載終端、電子警察和汽車檢測中的將會(huì)擁有良好的市場前景。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2021) 5 2. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與 主芯片 選型 系統(tǒng)總體 方案 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集，處理以及顯示 3 個(gè)模塊組成。對于明確的對象，選擇功能過少的芯片，無法完成控制任務(wù)，選擇功能過多的芯 片，則會(huì)造成資源浪費(fèi)，使性價(jià)比下降。 一個(gè)上電 /掉電序列發(fā)生器、連續(xù)的時(shí)間計(jì)數(shù)器 (RTC)、一對匹配寄存器、一個(gè)到系統(tǒng)總線的 APB接口以及專用的非易失性存儲器、休眠模塊等功能組件 LM3S8962微控制器極其適合用在電池的應(yīng)用中。 表 21 LM3S8962芯片管腳說明 編號 管腳名稱 管腳類型 緩沖類型 管腳描述 1 ADC0 I 模擬 模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入 0 2 ADC1 I 模擬 模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入 1 3 ADC2 I 模擬 模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入 2 4 ADC3 I 模擬 模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入 3 5 VDDA 電源 模擬電路 (ADC、模擬比較器等 )的正電源 ()。 本設(shè)計(jì)沒有使用 PLL，采用 8MHz的晶體頻率，具體電路設(shè)計(jì)如圖 23所示。輸出電壓為 5V 直流電，輸出電流為。當(dāng)腳5 的電壓值低于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 ()時(shí)，比較器輸出為跳變電壓，開啟 RS 觸發(fā)器的 S 腳控制門， RS 觸發(fā)器在內(nèi)部振蕩器的驅(qū)動(dòng)下， Q 端為 “ 1” 狀態(tài) (高電平 )，驅(qū)動(dòng)管 T2 導(dǎo) 通，開關(guān)管 T1 亦導(dǎo)通，使輸入電壓 Ui 向輸出濾波器電容充電以提高 U0，達(dá)到自動(dòng)控制 U0穩(wěn)定的作用。 由于其內(nèi)置有大電流的電源開關(guān)， MC34063 能夠控制的開關(guān)電流達(dá) 到 。在本設(shè)計(jì)中 LM1117根據(jù)芯片需要提供的是 ，如圖 25 所示。由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)， CAN 總線越來越受到人們的重視，國際上已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。支持包括具有 11 位標(biāo)識符 (標(biāo)準(zhǔn)幀 )或 29 位標(biāo)識符 (擴(kuò)展幀 )的數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀以及超載幀的報(bào)文傳輸。 CAN 報(bào)文對象寄存器接口提供了兩個(gè)寄存器組來與報(bào)文對象通信。 MAC 子層由稱為故障界定的一個(gè)管理實(shí)體監(jiān)控，它具有識別永久故障或短暫擾動(dòng)的自檢機(jī)制。 ARM CortexTMM3 處理器為高性能、低成本的平臺提供一個(gè)