【文章內(nèi)容簡介】 外設(shè)控制寄存器； 全靜態(tài)工作； 工作于16 MHz 時性能高達(dá)16 MIPS； 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器； 非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器； 128K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，壽命： 10,000 次寫/ 擦除周期；圖41 系統(tǒng)CPU電路圖 具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)； 通過片內(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程； 真正的讀 修改 寫操作； 4K字節(jié)的EEPROM ，壽命：100,000 次寫/ 擦除周期； 4K 字節(jié)的內(nèi)部SRAM； 多達(dá)64K 字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間； 可以對鎖定位進(jìn)行編程以實現(xiàn)軟件加密； 可以通過SPI 實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程； JTAG 接口( 與IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容)； 遵循JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能； 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試； 通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash, EEPROM, 熔絲位和鎖定位的編程；芯片外設(shè)特點： 兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時器/ 計數(shù)器； 兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時器/ 計數(shù)器； 具有獨立預(yù)分頻器的實時時鐘計數(shù)器； 兩路8 位PWM； 6路分辨率可編程（2 到16 位）的PWM； 輸出比較調(diào)制器； 8路10 位ADC； 8 個單端通道； 7 個差分通道； 2 個具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道； 面向字節(jié)的兩線接口； 兩個可編程的串行USART； 可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口； 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器； 片內(nèi)模擬比較器；系統(tǒng)設(shè)計人工按鍵復(fù)位電路，在系統(tǒng)運行中出現(xiàn)故障時可方便地人工按鍵復(fù)位，如圖41所示。在掉電情況下，二極管給電容提供了放電通道，使電容迅速放電，這樣可保證在反復(fù)上電的情況下可靠復(fù)位。 CAN模塊電路CAN總線的兩個末端之間必須接有120歐姆的電阻，它的主要作用就是起到阻抗匹配的作用，否則無法進(jìn)行通信，系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性將不能得到保證。在PCA82C250的兩端與地之間可以并接兩個30pf的小電容，以濾除高頻干擾，防止電磁輻射。在各個電源與地之間加入100nF的去耦合電容，用以降低干擾。 圖42CAN模塊電路原理圖從圖中可以看到在PCA82C250與光電耦合器之間，有一個上拉電阻，這個電阻，可以保證高速光耦6N137導(dǎo)通的時候輸出高電平，截止的時候輸出低電平。在CAN總線系統(tǒng)中，一般處于空閑或者不發(fā)送數(shù)據(jù)，或者數(shù)據(jù)異常等情況下，總線是隱性電平。因此從電路中可以看到，當(dāng)正常狀態(tài)的情況下，并且6N137不導(dǎo)通的時候，PCA82C250的發(fā)送端總是處于高電平（邏輯1）的狀態(tài)，因此就可以保證總線在空閑狀態(tài)下是隱性電平。PCA82C250是一個高速CAN總線收發(fā)器，支持1 Mb/s 的運行速率，符合ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)物理層要求。具有自動檢測TXD輸入端的接地錯誤，短路保護(hù)和高壓瞬態(tài)保護(hù)能力，可以連接112個節(jié)點，具有很強的抗干擾特性。一般情況下，每一個節(jié)點都必須有一個器件，把CAN總線控制器生成的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成適合總線傳輸?shù)牟罘中盘?。它在CAN 控制器和CAN總線上的高壓尖峰信號之間加入了緩沖器，這些高壓尖峰信號可能是由外部器件產(chǎn)生（EMI、ESD 和電氣瞬態(tài)等）。PCA82C250具有很強的抗干擾能力，可以免受電池短路和電氣瞬態(tài)的影響，這一特性可以保護(hù)發(fā)送器的輸出端免受錯誤的破壞。PCA82C250的CAN輸出可以驅(qū)動最小為45Ω的負(fù)載，最多允許連接112個節(jié)點（假設(shè)最小差分輸入阻抗為20 kΩ和標(biāo)稱終端電阻為120Ω）[19]。 DS18B20溫度采集模塊系統(tǒng)溫度采集使用溫度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO—92小體積封裝形式。如圖43所示。圖43 DS18B20模塊 ℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為55℃—+l25℃，在10℃—+85℃范圍內(nèi)，精度為177。℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。 顯示模塊主站系統(tǒng)采用12864液晶顯示從站傳回的數(shù)據(jù)信息，12864液晶顯示模塊是12864點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國標(biāo)GB2312碼簡體中文字庫（1616點陣）、128個字符（816點陣）及64256點陣顯示RAM（GDRAM）?？膳cCPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。由于從站顯示數(shù)據(jù)量相對較少，所以系統(tǒng)從站采用1602液晶作為顯示模塊。1602液晶可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0D7，和RS、R/W、EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光。工作電路圖如圖44所示[21]。圖44 顯示模塊電路原理圖系統(tǒng)電源模塊由3部分組成：①CPU及CAN模塊電源；② TC35模塊電源；③工業(yè)以太網(wǎng)模塊電源。主控制器ATmega128工作電壓為+—+，圖45中，三端穩(wěn)壓管LM7805將前端輸入的+9V電壓穩(wěn)成+5V給系統(tǒng)CPU以及CAN模塊供電，C20C20C20C208為濾波電容，主要能濾掉電源電路中的中高頻尖峰干擾；D200為保護(hù)二極管，主要防止輸入電源反接導(dǎo)致電流逆向通過LM7805而燒壞穩(wěn)壓管。系統(tǒng)除了通過輸入+9V供電外，也可以直接由電腦的USB供電，這樣設(shè)計豐富了供電方式，方便了系統(tǒng)調(diào)試。+5V變成+；LM2941S為可調(diào)穩(wěn)壓管，通過匹配外圍電路能將+5V穩(wěn)壓成+。圖45 系統(tǒng)電源模塊JTAG 調(diào)試功能允許用戶在 MCU 上進(jìn)行非侵入式、全速的在線系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持單步、運行和停機(jī)、斷點和觀察點命令。當(dāng)利用 JTAG 調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可以正常運行。FLASH 存儲器還具有在線系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。ATmega128可在工業(yè)溫度范圍工作，工作電壓為 +—+。ATmega128為64管腳 TQFP 超小封裝，從而節(jié)省了系統(tǒng)電路板的設(shè)計尺寸。ATmega128和JTAG接口在電路板中的位置如圖46所示。圖46 ATmega128在電路板中的位置在中央處理單元中，需要通過4個開關(guān)控制車窗開關(guān)、燈光開關(guān)、這4個信號，這4個信號都是開關(guān)量信號，按鍵部分電路如圖47所示:圖47 按鍵原理圖 液位檢測模塊本系統(tǒng)采用超聲波測距模塊來檢測汽車油箱的液位，該超聲波測距模塊可實現(xiàn)0~ 的非接觸測距功能，~ 的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結(jié)果進(jìn)行校正，同時具有GPIO，等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。測距模塊包括超聲波發(fā)射器、超聲波接收器與控制電路，實物圖如圖48所示： 圖48 超聲波測距模塊圖測距模塊的基本工作原理為給此超聲波測距模塊一觸發(fā)信號后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來時，模塊輸出一回響信號，以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差，來判定物體的距離。傳統(tǒng)車燈控制與狀態(tài)檢測方法如圖 49 所示，利用車燈開關(guān)的開、合來實現(xiàn)整個車燈的點亮與熄滅。對于小電流負(fù)載，電源通過導(dǎo)線用一根熔斷絲和開關(guān)控制車燈如 49(a)所示，對于大電流負(fù)載，由于車燈開關(guān)觸點允許流過的電流有限，為了防止開關(guān)觸點燒壞，采用繼電器控制車燈點亮與熄滅，如圖 49(b)所示。車燈狀態(tài)通過串聯(lián)在電路中的狀態(tài)燈進(jìn)行指示。 (a) 小電流負(fù)載時 (b) 大電流負(fù)載時49 傳統(tǒng)車燈控制與狀態(tài)檢測電路原理圖隨著汽車安全性、舒適性、環(huán)保性要求的不斷提高，汽車上的電子控制單元日益增多，傳統(tǒng)車燈與狀態(tài)檢測方法面臨以下問題：(1) 由于采用的是點到點的連接與控制，導(dǎo)線的長度、接點都與車燈的數(shù)量成正比。這樣增加了線束的質(zhì)量與體積，加劇了粗大的線束與汽車有限的可用空間的矛盾。(2) 狀態(tài)燈所檢測和指示的信息只是車燈開關(guān)的斷開/閉合狀態(tài)，而非車燈的實際工作狀態(tài)，為汽車行使帶來安全隱患；因此，有必要對傳統(tǒng)車燈控制與狀態(tài)檢測方法進(jìn)行改進(jìn)，提高汽車安全、舒適、環(huán)保等性能。下面利用 CAN 總線技術(shù)實現(xiàn)車燈控制與狀態(tài)檢測，可以很好的解決傳統(tǒng)車燈控制與狀態(tài)檢測方法的弊端?；?CAN 的車燈控制與狀態(tài)自動檢測硬件結(jié)構(gòu)如圖410 所示。微控制器對 CAN 控制器進(jìn)行初始化設(shè)置，控制 CAN 控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。狀態(tài)檢測電路對車燈的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋給微控制器。圖410 汽車車燈控制節(jié)點畫電路板時布線對系統(tǒng)的抗干擾性能有很大影響，本電路板設(shè)計時主要從幾下幾個方面進(jìn)行考慮：1．盡量增加電源走線寬度，在電源線輸入端并聯(lián)一個大容量的電解電容和一個小的瓷片電容，其中大容量的電解電容是為抑制電源噪聲中的低頻分量，而小的瓷片電容則是為抑制噪聲中的高頻分量。2．為了進(jìn)一步輸入直流電源的質(zhì)量，在每個集成電路芯片的直流電源輸入端都接 ，去耦電容安裝在芯片的電源線和地線上。3．晶振和 CPU 的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，所以晶振和 CPU 之間要盡量靠近些。4．發(fā)熱量大的器件應(yīng)考慮散熱問題，必要時加裝散熱片。如本系統(tǒng)的 LM7805管和車窗電機(jī)驅(qū)動芯片L298N。本章根據(jù)汽車電器控制單元的分布特點完成了整體方案設(shè)計，將汽車控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行合理的分塊，并針對每個模塊進(jìn)行了功能描述。給出總線節(jié)點電路的設(shè)計以及電源電路的設(shè)計，針對一些干擾，采取了相應(yīng)措施。同時設(shè)計總線接口每一部分的電路，并進(jìn)行詳細(xì)分析。第五章 CAN總線網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計結(jié)合上一章的硬件電路設(shè)計，本章完成了下位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序的編寫，制定了CAN通信協(xié)議，實現(xiàn)了CAN節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信。CAN總線智能節(jié)點部分的程序設(shè)計是整個控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件設(shè)計的基礎(chǔ)，它主要包括三個部分：CAN節(jié)點初始化、報文發(fā)送和報文接收程序。SJA1000的初始化只有在復(fù)位模式下才可以進(jìn)行，初始化主要包括工作方式的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器(AMR)和接收代碼寄存器(ACR)的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器(IER)的設(shè)置等。在完成SJA1000的初始化設(shè)置以后，SJA1000就可以回到工作狀態(tài)，進(jìn)行正常的通信任務(wù)。CAN總線控制器SJA1000的初始化流程圖如圖51所示。圖51 CAN總線控制器SJA1000的初始化流程圖SJA1000初始化子程序： //SJA1000初始化 void CAN_Init() { unsigned char i_temp = 0,j_temp = 0。 CLI()。 do { Write_SJA1000(MODE,0X01)。 } while(!(Read_SJA1000(MODE) amp。 0X01))。 Write_SJA1000(CDR,0XC8)。 //PeliCAN 模式,禁能CLOCKOUT引腳 Write_SJA1000(AMR0,0XFF)。 //設(shè)置驗收屏蔽位 Write_SJA1000(AMR1,0X00)。 Write_SJA1000(AMR2,0XFF)。 Write_SJA1000(AMR3,0X00)。 Write_SJA1000(ACR1,0X00)。 Write_SJA1000(ACR3,0x01)。 Write_SJA1000(BTR0,0X7F)。 Write_SJA1000(BTR1,0XFF)。 //16M晶振下 波特率為5Kbit/s Write_SJA1000(OCR,0X1A)。 //TX1懸空 ,TX0推挽正常輸出 do { Write_SJA1000(MODE,0X00)。 } while((Read_SJA1000(MODE)amp。0x01))。 //雙濾波方式,正常工作模式 Write_SJA1000(TXID2,0X00)。 //配置發(fā)送緩沖區(qū)ID3 Write_SJA1000(IER,0X01)。 //配置SJA1000中斷 SEI()。 }根據(jù)CAN協(xié)議規(guī)范，報文的傳輸由CAN控制器SJA1000獨立完成。主控制器將要發(fā)送的報文傳送到發(fā)送緩沖器，然后將命令寄存器里的發(fā)送請求標(biāo)志置位。發(fā)送過程由SJA1000的中斷請求控制或由查詢控制段的狀態(tài)標(biāo)志控制。發(fā)送程序完成通信雙方約定的幀的發(fā)送，發(fā)送時把需發(fā)送的數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)，然后置位命令寄存器的“發(fā)送請求”位，SJA1000啟動發(fā)送。發(fā)送過程流程圖如圖52所示。圖52 CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖CAN發(fā)送子程序：void CAN_Send(){ unsigned char a_temp = 0。 unsigned char SR_temp,i。 NOP()。 for(i = 2 。i 6。 i++) { CLI()。 do { a_temp = Read_SJA1000(SR)。 } while(!(a_temp amp。