【正文】 滿足小存儲要求解決方案、簡化管腳數(shù)和低功耗 3 方面要求的內(nèi)核，以及出色的計(jì)算性能和優(yōu)越的系統(tǒng)中斷響應(yīng)能力。 60KR460KR51nFC13C12CANH7SPLIT5CANL6STB8RXD4TXD1GND2VCC3TJA1040U3VCC5GNDGNDGND123CANCAN0RxCAN0TxCANH0CANL0 圖 27 CAN 總線通訊 電路 TJA1040 介紹 TJA1040 是控制器局域網(wǎng) CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口 。 它與 PCA82C250/251 以及 TJA1050 完全兼容， TJA1040 為汽車設(shè)計(jì)者提供了一個簡單的移植途徑。 JTAG 接口一般的連接有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即 14 針接口和 20 針接口。當(dāng)發(fā)光二極管中通過一定值的電流時發(fā)出一定的光，被光敏晶體管接收，使其導(dǎo)通，而當(dāng)該電流撤去時，發(fā)光二極管熄滅，晶體管截止，利用這種特性即可達(dá)到開關(guān)控制的目的。在 計(jì)算機(jī) 數(shù)字通信及實(shí)時控制中作為信號隔離的接口 器件 ，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。 VID6606 是一款專為驅(qū)動微型步進(jìn)電基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 機(jī)而設(shè)計(jì)的 CMOS 集成電路。這樣，就可以通過對芯片的編程來控制輸出的脈沖周期數(shù)，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度大小，也就是儀表指針轉(zhuǎn)過的角度，從而知道儀表所顯示的數(shù)值。從來確定儀表指針轉(zhuǎn)過的刻度。 圖 211 脈沖延時 CW/CCW端口輸入信號后到 F(SCX)管腳激活最小延遲為 100ns，如圖 212所示。 VID29 系列步進(jìn)電機(jī)分為兩大產(chǎn)品系列，分別是 VID29XX/VID29XXP，電機(jī)在設(shè)計(jì)上選用高級鐵磁材料和特種耐磨塑料， 同時。 圖 213 復(fù)位信號延遲 步進(jìn)電機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)儀表采用 VID29 系列步進(jìn) 電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。而鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2021) 19 通過控制信號輸入 CW/CCWA/B/C/D 來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。當(dāng)輸入高電平時電 機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入低電平時電機(jī)反轉(zhuǎn)。在其頻率控制端輸入脈沖序列 F(SCX)，即可控制輸出端 ， 使步進(jìn)電機(jī)的輸出軸以微步轉(zhuǎn)動。它對輸入、輸出電信號有良好的 隔離作用 ，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2021) 17 U710KR1510KR16VCC5GND GND開關(guān)量信號ADC0 圖 29 開關(guān)量信號調(diào)理電路 光耦合器 一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及 信號放大 。根據(jù) JTAG 接口的連接標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì) JTAG 接口如圖 28 所示 ?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持 JTAG 協(xié)議，如 DSP、 FPGA 器件等。 速度可達(dá) 1Mb。LM3S8962 還內(nèi)嵌了 UART、 I2C 接口、 AD 轉(zhuǎn)換器和模擬比較器等功能模塊，高集成性不僅可以縮減大量外圍電路的搭建，降低開發(fā)難度，還可以最大程度地降低產(chǎn)品成本，縮短開發(fā)周期。 CAN 總線傳輸介質(zhì)通常采用屏蔽或非屏蔽的雙絞線，它是一種串行數(shù)據(jù)通信總線，其通信速率最高可達(dá) 1Mb/s。當(dāng)多個對象包含需要處理的新信息時，這兩個報文對象接口允許并行訪問 CAN 控制器報文對象。 CAN 模塊主要由 3 個部件組成： a. CAN 協(xié)議控制器和報文處理器 ； b. 報文存儲器 ； c. CAN 寄存器接口 ； 協(xié)議控制器從 CAN 總線傳輸和接收串行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞到報文處理器。 CAN 總線的特點(diǎn) 由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)， CAN 總線與一般的通訊總線相比，它的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性 [16， 17]。 電路包含 1 個 可 調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在 177。參考電壓源是溫度補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源，振蕩器的 振蕩頻率由 3 腳的外接定時電容決定，開關(guān)晶體管由比較器的反向輸入端和與振蕩器相連的邏輯控制線路置成 高電平 ，并由與振蕩器輸出同步的下一個脈沖置成 低電平 。 D． 振蕩器的 IPK 輸入 (腳 7)用于監(jiān)視開關(guān)管 T1 的峰值電流，以控制振蕩器的脈沖輸出到 RS 觸發(fā)器的 Q 端。其工作原理有5 步： A．比較器的反相輸入端 (腳 5)通過外接分壓電阻 R R3 監(jiān)視輸出電壓 。 12Y118pFC2918pFC30GNDOSC0OSC1 圖 23 主芯片晶振電路 電源模塊 設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要的電壓為 5V，以及 。 6 VDD 電源 I/O和某些邏輯的電源正 極 7 GND 電源 邏輯和 I/O管腳的地參考 8 CAN0Rx I TTL CAN模塊 0接收 9 CAN0Tx O TTL CAN模塊 0發(fā)送 10 VDD25 電源 大多數(shù)邏輯功能 (包括處理器內(nèi)核和大部份外設(shè) )的電源正極。 另外，該微控制器使用了兼容 ARM的指令集來減少存儲容量的需求，并以此達(dá)到降低成本的目的。了解芯片的可購買性 ， 了解芯片的可開發(fā)性等一些因素。 而其他一些汽車的參數(shù)，如汽車車速，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，油箱油量，冷卻液溫度等，都由汽車上本身帶有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集調(diào)理后通過 CAN 總線輸入到主芯片進(jìn)行處理，汽車錯 誤代碼也由汽車自帶檢測設(shè)備輸入到主芯片。 課題研究的主要內(nèi)容 本課題利用總線技術(shù)設(shè)計(jì)汽車儀表通訊系統(tǒng)，使汽車儀表系統(tǒng)能節(jié)省空間，節(jié)省成本，并且加快了數(shù)據(jù)傳送，并且使得系統(tǒng)更穩(wěn)定，安全，簡便，快捷。嵌入式系統(tǒng)也在向無線網(wǎng)絡(luò) WLAN 發(fā)展，它有望部署到住宅及商用建筑自動化、工業(yè)設(shè)備監(jiān)測以及其他無線傳感和控制應(yīng)用中。 以下為最值得關(guān)注的 5 個主要嵌入式產(chǎn)品市場 [1~3]： 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋航天、航空、交通、網(wǎng)絡(luò)、電子、通訊、金融、智能電器、智能建筑、儀器儀表、工業(yè)自動控制、數(shù)控機(jī)床、掌上型 電腦、智能 IC 卡、第二代身份證驗(yàn)證、公共交通收費(fèi)系統(tǒng)、醫(yī)藥系統(tǒng)以及軍事等等各種領(lǐng)域，但目前最值得關(guān)注的嵌入式產(chǎn)品市場主要有如下幾類： 第一、家庭信息網(wǎng)絡(luò)：家用電器已經(jīng)開始向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電視機(jī)、微波爐、數(shù)字電話等都將嵌入微處理機(jī)并通過家庭網(wǎng)關(guān)與 網(wǎng)絡(luò) 連接，構(gòu)成家庭信息網(wǎng)絡(luò)。 嵌入式系統(tǒng)作為一個熱門領(lǐng)域，涵蓋了微電子技術(shù)、電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件和硬件等多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。 目前國內(nèi)部分中、高檔轎車采用的是 步進(jìn)電動機(jī)式汽車儀表。汽車儀表發(fā)展，按其工作原理上取得的重大技術(shù)創(chuàng)新來分 ，已經(jīng) 經(jīng)過 了 4 代：第 1 代基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 汽車儀表是基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表，即機(jī)械機(jī)心表：第 2 代汽車儀表的工作原理基于電測原理，即通過各類傳感器將被測的非電量變換成電信號加以測量，稱之為電氣式儀表；第 3 代為模擬電路電子式；第 4 代為步進(jìn)電動機(jī)式全數(shù)字汽車儀表 [8]。 b)分度不均勻。 通常狀況下，電子控制裝置通過 CAN 總線提供穩(wěn)定、可靠的低成本網(wǎng)絡(luò)連接。同時，儀器與整個車身 CAN 網(wǎng)絡(luò)相連接，形成了一個完整的汽車一體化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。儀表所需的各種信息均由 CAN 總線來進(jìn)行傳遞，從而大大降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性以及布線難度。它用低成本的雙絞線電纜代替了車身內(nèi)昂貴的導(dǎo)線，并大幅度減少了用線數(shù)量；提高可靠性 、安全性， 降低 了 成本 [1]。傳統(tǒng)的汽車儀表在低速區(qū)的基本誤差相當(dāng)大，在低速區(qū)的線性也是很差，而在轉(zhuǎn)速表、油量表和水溫表等都有類似的問題。 國內(nèi)外的 發(fā)展現(xiàn)狀 汽車 發(fā)展已經(jīng) 走過了 100 多年的歷程，汽車儀表也在不斷開發(fā)和發(fā)展之中。其最顯著的特征是工作原理與第 3 代汽車儀表完全不同。參照國外汽車行業(yè)的現(xiàn)狀，選擇 CAN 總線 作為汽車的通信總線，是解決上述問題的 比較好的一個 途徑。而我國信息化與全面小康社會建設(shè)更是對嵌 入式鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2021) 3 系統(tǒng)市場提出巨大需求，信息家電產(chǎn)品年需求量已達(dá)到幾億臺，每一 類數(shù)字化家電產(chǎn)品都有幾千萬臺市場需求量，工業(yè)控制用嵌入式系統(tǒng)有百十萬臺 的 需求量，商用嵌入式系統(tǒng)需求量突破幾百萬臺。 第三、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：隨著下一代 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的研發(fā)成功和投入使用，必然要有更多更強(qiáng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和產(chǎn)品面世，這意味著巨大的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和產(chǎn)品市場需求 [13]。 CAN 總線以及嵌入式系統(tǒng)的引入，不僅可以大大簡化布線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高可靠性，而且為汽車的智能化提供了無可比擬的拓展空間，是汽車發(fā)展史上劃時代的革命。其中數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)接收車輛的數(shù)據(jù)，采集到的開關(guān)量通過調(diào)理模塊的調(diào)理，輸入到主芯片進(jìn)行處理。因此，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)一些原則 來選擇芯片，需要了解芯片對控制系統(tǒng)的適用性。 除此之外，該 LM3S8962微控制器的優(yōu)勢還在于能夠方便的運(yùn)用多種 ARM的開發(fā)工具和片上系統(tǒng) (SoC)的底層 IP應(yīng)用方案，以及廣大的用戶群體。這些電源與 VDD獨(dú)立，以最大限度地減少 VDD上的電氣噪聲，使其不影響模擬功能。這樣可以提高系統(tǒng)的工作效率，同時便于計(jì)算。其中 D1 是為了防止電源反接同時杜絕外部接地過來的干擾。 C． 當(dāng)腳 5 的電壓值高于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 ()時， RS 觸發(fā)器的 S 腳控制門被封鎖， Q 端為 “ 0” 狀態(tài) (低電平 )， T2 截止， T1 亦截止。內(nèi)部線路包含有參考電壓源，振蕩器，轉(zhuǎn)換器，邏輯控制線路和開關(guān)晶體管。 C710uF/16VC1010uF/16VC11C6C8C9VDD5 VDD33GNDVin1Vout3Vout4GND2U2 LM111733 圖 25 芯片供電模塊 LM1117 提供電流限制和熱保護(hù) 。 CAN 已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn) (ISO11898)，并已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 信的主流技術(shù)之一。傳輸速率可以編程為 1 Mbps。由于不能直接訪問報文對象存儲器，所以必須使用這兩個接口來讀寫各個報文對象。 LLC 子層的主要功能是報文濾波 、超載通知和恢復(fù)管理。 LM3S8962 具有高性能的 32 位運(yùn)算能力，即擁有 32位 RISC 性能，但價位和傳統(tǒng)的 8 位和 16 位相當(dāng)，節(jié)約了數(shù)字儀表的開發(fā)成本。 它主要應(yīng)用在客車的高速應(yīng)用上 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2021) 15 表 23 TJA1040的管腳說明 管腳編號 管腳名稱 描述 1 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)輸 入 2 GND 接地 3 VCC 電源電壓 4 RXD 接收數(shù)據(jù)輸出；總線讀出數(shù)據(jù) 5 SPLIT 共模穩(wěn)壓輸出 6 CANL 低電平 CAN 總線 7 CANH 高電平 CAN 總線 8 STB 待機(jī)模式控制輸入 TJA1040 特性 ： a. 完全符合 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn) ； b. 速度高達(dá) 1Mbps； c. 電磁輻射 (EME)非常低 ； d. 至少可以連接 110 個節(jié)點(diǎn) ； e. 發(fā)送數(shù)據(jù) (TXD)顯性超時功能 ； f. 輸入級符合 5V的器件 ； g. 過熱保護(hù)功能 ； h. SPLIT 引腳 對 DC 的穩(wěn)壓很有效 ； i. 處于不上電狀態(tài)的收發(fā)器會從總線脫離 (零負(fù)載 )； j. 在汽車的瞬態(tài)環(huán)境下對總線引腳進(jìn)行保護(hù) ； k. 差動接收器具有較寬的共模范圍，可抗電磁干擾 (EMI)； l. 如果使用分裂終端，電壓源可以穩(wěn)定隱性總線電平 (進(jìn)一步改善 EME)； JTAG通訊模塊 設(shè)計(jì) JTAG(Joint Test Action Group 聯(lián)合測試行動小組 )是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議(IEEE 兼容 )，主要用于芯片內(nèi)部測試。本設(shè)計(jì)采用 20針接口，管腳的定義如表格 24 所示。光耦合器的輸入端和輸出端不能 共用電源，否則沒有效果 。 光耦合器的特點(diǎn) 光耦合器的優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使傳輸通道上的信噪比大大提高，原因如下： a. 光耦合器的輸入阻抗很小，一般為 100Ω~1KΩ之間，而干擾源的內(nèi)阻很大，通常為 105~108Ω，因此能分壓到光耦合器輸入端的噪聲很小 ； b. 干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，即使有很高電平幅值的干擾，由于不能提供足夠的電流而被抑制掉 ； c. 光耦合器是在密封條件下實(shí)現(xiàn)輸入回路與輸出回路的光耦合，不會受到外界光的干擾 ； d. 輸入回路 與輸出回路之間分布電容很小，一般僅為 ~2pF，而且絕緣電阻很大，通常為 1011~1012Ω，因此回路一邊的干擾很難通過光耦合器饋送到另一邊去 ； 光耦合器以光為媒介傳輸電信號。每片 VID6606 可同時驅(qū)動 4 路步進(jìn)電機(jī)。 同時信號還可以控制驅(qū)動模塊的方向端口。芯片所用管腳如表 25 所示。 基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 圖 212 CW/CCW 端口信號延遲 復(fù)位管腳激活后到 F(SCX)管腳激活最小延遲為 100ns，如圖 213