【正文】 10 該模塊輸入為車載電瓶 12V 直流電壓。因此： VRRU ??????? ???????? ?? B． 腳 5 電壓與內部基準電壓 同時送 入 內部比較器進行電壓比較。主要應用于以微處理器 (MPU)或芯片 (MCU)為基礎的系統(tǒng)里。 該芯片有 5 個 固定 (、 、 、 和 5V)的型號。 CAN 最初是由德國的 Bosch公司為汽車的監(jiān)測與控制設計的，但由于CAN 總線本身的突出特點，其應用領域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機械工業(yè)、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域發(fā)展。它結構簡單，器件容易購置，每個節(jié)點的價格較低，而且開發(fā)技術容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機開發(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文存儲器， CAN 控制器會提供一個接口來與報文存儲器通信。 MAC 子層可響應報文幀、仲裁、應答、錯誤檢測和標定。 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系 基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設計 14 CAN 模塊電路具體設計 Luminary LM3S8962 微控制器是一款基于 ARM CortexTMM3 處理器內核的高性能微控制器。 電路設計如圖 27 所示。這種特性使得 TJA1040 非常適用于局部網(wǎng)絡中的供電與點火開關相連的節(jié)點。 JTAG 接口可對 PSD 芯片內部的所有 部件進行編程。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。 設計 采用 VID6606 驅動器驅動步進電機。在該模式下，給電機一個周期的脈沖則電機轉動 1/12176。工作時脈沖信號從主芯片輸入管腳 F(SCX)A/B/C/D，芯片根據(jù)脈沖個數(shù)來決定步進電機所轉動的角度，輸入信號 F(SCX)的上升邊緣驅動電機輸出軸轉動一個微步，即 1/12176。 表 26 VID6606芯片時序參數(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。可用分步模式或微步模式驅動。 VID29 系列步進電機是一種精密的微型步進電機，內置減速比 180/1 的齒輪系，主要應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)字信號直接準確地轉為模擬的顯示輸出。當輸入為高電平時則控制電機正轉，當輸入為低電平時則控制電機反轉。系統(tǒng)每隔一定時間就刷新一次，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，轉動的度數(shù)就根據(jù)兩次脈沖數(shù)的差數(shù)；如果為負，則輸入低電平，轉動度數(shù)還是兩次脈沖數(shù)差。芯片為了過濾快速電壓瞬變 ， 建議連結二個 100nF 陶 瓷電容到電源輸入腳 ( 15)，每邊一個，并盡可能的靠近芯片。 電機驅動模塊 設計 步進電機驅動儀表的原理 本設計采用步進電機驅動儀表。輸入的電信號驅動 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生 光電流 ，再經過進一步放大后輸出。 基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設計 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 測試時鐘輸入 2 TMS 測試模式選擇， TMS 用來設置 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 測試復位，輸入引腳，低電平有效 信號調理模塊 設計 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)來采集開關量， 經過采集的開關量信號，如汽車啟動與否，車燈的開與關，車門是否關好 ，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，輸入到主芯片中進行處理。標準的 JTAG接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 TJA1040 為總線提供差動的發(fā)送功能為 CAN 控制器提供差動的接收功能 。 由于 LM3S8962 微控制器的高集成性，使本設計中 CAN 總線通信電路省去了通常使用的獨立的 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)內兩個任意節(jié)點之間的最大傳輸距離與其位速率有關，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 相關的外層。接著，報文處理器根據(jù)當前的濾波和報文對象存儲器中的標識符，將該信息載入合適的報文對象。其特點可概括如下： a. CAN 總線 是到目前為止唯一有國際標準的現(xiàn)場總線 ； b. CAN 為多 方式工作，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任一時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從 ； c. 在報文標識符上， CAN 上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時需要，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在 134us 內得到傳輸 ； d. CAN 采用非破壞總線仲裁技術。1%以內。 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電容電容值的大小決定振蕩器頻率的高低，亦決定開關管 T1 的通斷時間。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，所以需要電壓轉換模 塊來實現(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 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 9 3. 系統(tǒng) 硬件模塊 設計與 元器件 選型 系統(tǒng)晶振模塊設計 晶振全稱為 晶體振蕩器 ，其作用在于產生原始的 時鐘頻率 ，這個頻率經過頻率發(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)采集的信號進行處理計算，從而驅動步進電機，以及液晶顯示驅動，并通過顯示設備顯示出來。是汽車儀表通訊未來的發(fā)展方向，有著相當廣闊的市場空間。 第四、自動化與 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、 IT 融合的重要技術基礎。在全球半導體市場快速復蘇，消費電子、通信以及嵌入式系統(tǒng)各個應 用領域快速發(fā)展，嵌入式微處理 器技術不斷進步的情況下，全球嵌入式系統(tǒng)產業(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，步進電動式汽車儀表將是未來一 段時間內汽車儀表的主導產品。 目前汽車儀表正在經 歷由第 3 代向第 4 代轉型時期。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，但這樣會導致高速區(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遠超出節(jié)省電線的范圍，它已成為車內各零部件實施信息交互的標準接口。 本課題利用總線技術設計汽車儀表通訊，使汽車儀表能夠接收傳感器的車速，油量，發(fā)動機轉速，開關量等信號 并實時顯示出來，所設計的儀表主要應用于重型運輸車等領域。 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，并且使用步進電機作為汽車指針儀表的驅動器，同時輔以軟件編程來實現(xiàn)各項功能。于是 ，先進的通信網(wǎng)絡技術 CAN 總線被引入到汽車組合儀表設計中，并替代原有的機械式、電氣式傳統(tǒng)的儀表設計。 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)實意義。第 4 代全數(shù)字式汽車儀表從其應用的技術手段上看，還是電子技術范疇，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 學技術的飛速發(fā)展，汽車上的電子裝置越來越多，從發(fā)動機控制到傳動控制，從行駛、制動、轉向 控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，使汽車電氣系統(tǒng)形成了一個復雜的大系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制。由于迅速發(fā)展的 網(wǎng)絡技術 和非常廉 價的微處理器的出現(xiàn)，不遠的將來嵌入式設備將會全面走入人類的生活，而且還會在人類的工業(yè)、軍事、自然探索等各方面廣泛應用。使用掌上電腦或 PDA 上網(wǎng)，人們可以隨時隨地獲取信息。因此，嵌入式系統(tǒng)在交通指揮系統(tǒng)、高速公路收費監(jiān)控 、汽車自導航、 GPS 車載終端、電子警察和汽車檢測中的將會擁有良好的市場前景。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 5 2. 系統(tǒng)總體設計與 主芯片 選型 系統(tǒng)總體 方案 設計 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集，處理以及顯示 3 個模塊組成。對于明確的對象，選擇功能過少的芯片，無法完成控制任務，選擇功能過多的芯 片，則會造成資源浪費，使性價比下降。 一個上電 /掉電序列發(fā)生器、連續(xù)的時間計數(shù)器 (RTC)、一對匹配寄存器、一個到系統(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)轉換輸入 0 2 ADC1 I 模擬 模數(shù)轉換輸入 1 3 ADC2 I 模擬 模數(shù)轉換輸入 2 4 ADC3 I 模擬 模數(shù)轉換輸入 3 5 VDDA 電源 模擬電路 (ADC、模擬比較器等 )的正電源 ()。 本設計沒有使用 PLL，采用 8MHz的晶體頻率，具體電路設計如圖 23所示。輸出電壓為 5V 直流電，輸出電流為。當腳5 的電壓值低于內部基準電壓 ()時，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)器在內部振蕩器的驅動下， Q 端為 “ 1” 狀態(tài) (高電平 )，驅動管 T2 導 通，開關管 T1 亦導通，使輸入電壓 Ui 向輸出濾波器電容充電以提高 U0，達到自動控制 U0穩(wěn)定的作用。 由于其內置有大電流的電源開關， MC34063 能夠控制的開關電流達 到 。在本設計中 LM1117根據(jù)芯片需要提供的是 ，如圖 25 所示。由于其高性能、高可靠性及獨特的設計， CAN 總線越來越受到人們的重視，國際上已經有很多大公司的產品采用了這一技術。支持包括具有 11 位標識符 (標準幀 )或 29 位標識符 (擴展幀 )的數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀以及超載幀的報文傳輸。 CAN 報文對象寄存器接口提供了兩個寄存器組來與報文對象通信。 MAC 子層由稱為故障界定的一個管理實體監(jiān)控，它具有識別永久故障或短暫擾動的自檢機制。 ARM CortexTMM3 處理器為高性能、低成本的平臺提供一個