【導(dǎo)讀】子控制程度也越來越高。汽車電子控制裝置必須迅速、準(zhǔn)確地處理各種信息，并。通過儀表顯示出來，使駕駛員及時了解并掌握汽車的運行狀態(tài)，妥善處理各種情況。的驅(qū)動器，同時輔以軟件編程來實現(xiàn)各項功能。儀表所需的各種信息均由CAN總。線來進行傳遞，從而大大降低了系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜性以及布線難度。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)。本課題利用總線技術(shù)設(shè)計汽車儀表通訊，使汽車儀表能夠接收傳感器的車速，同時系統(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。KeyWords:CAN；cardashboard；LM3S8962；signaltransmission；steppermotor；

　　

【正文】 40 非常適用于局部網(wǎng)絡(luò)中的供電與點火開關(guān)相連的節(jié)點。 它與 PCA82C250/251 以及 TJA1050 完全兼容， TJA1040 為汽車設(shè)計者提供了一個簡單的移植途徑。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 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 1Mbps； c. 電磁輻射 (EME)非常低 ； d. 至少可以連接 110 個節(jié)點 ； 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)境下對總線引腳進行保護 ； 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 (進一步改善 EME)； JTAG通訊模塊 設(shè)計 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?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持 JTAG 協(xié)議，如 DSP、 FPGA 器件等。標(biāo)準(zhǔn)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。 JTAG 最初是用來對芯片進行測試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一個 TAP 通過專用的 JTAG 測試工具對進行內(nèi)部節(jié)點進行測試。 JTAG 測試允許多個器件通過JTAG 接口串聯(lián)在一起，形成一個 JTAG 鏈，能實現(xiàn)對各個器件分別測試。 JTAG 編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進行預(yù)編程實現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程，從而大大加快工程進度。 JTAG 接口可對 PSD 芯片內(nèi)部的所有 部件進行編程。 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。本設(shè)計采用 20針接口，管腳的定義如表格 24 所示。根據(jù) JTAG 接口的連接標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計 JTAG 接口如圖 28 所示 。 基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)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(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 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，輸入到主芯片中進行處理。開關(guān)量信號的調(diào)理電路如圖 29 所示。 光耦合器功能 調(diào)理電路采用光耦合器。 光耦合器，又稱光隔離器，是控制系統(tǒng)中常用的器件，它能實現(xiàn)輸入與輸出之間的隔離。光耦合器的輸入端為發(fā)光二極 管，輸出端為光敏晶體管。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到開關(guān)控制的目的。光耦合器的輸入端和輸出端不能 共用電源，否則沒有效果 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 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 。輸入的電信號驅(qū)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(chǎn)生 光電流 ，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電 光 電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電 信號 傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻 元件 ，因而具有很強的共模抑制能力。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。在 計算機 數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口 器件 ，可以大大增加計算機工作的可靠性。 光耦合器的特點 光耦合器的優(yōu)點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。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。 電機驅(qū)動模塊 設(shè)計 步進電機驅(qū)動儀表的原理 本設(shè)計采用步進電機驅(qū)動儀表。 根據(jù)步進電機所轉(zhuǎn)動的角度來計算 儀表所顯示的數(shù)值 。 汽車儀表是用來顯示車輛的各種運行參數(shù)、 故障等信息 ， 它的發(fā)展經(jīng)歷了從機械式、電氣式、模擬電路式到目前廣泛應(yīng)用的全數(shù)字式。指針式儀表因具有顯示的直觀性等優(yōu)點一直占據(jù)著主導(dǎo)地位而指針的控制大多采用步進電機來驅(qū)動 。 設(shè)計 采用 VID6606 驅(qū)動器驅(qū)動步進電機。 VID6606 是一款專為驅(qū)動微型步進電基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計 18 機而設(shè)計的 CMOS 集成電路。每片 VID6606 可同時驅(qū)動 4 路步進電機。在其頻率控制端輸入脈沖序列 F(SCX)，即可控制輸出端 ， 使步進電機的輸出軸以微步轉(zhuǎn)動。芯片為了過濾快速電壓瞬變 ， 建議連結(jié)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。圖 210 所示為 VID6606 驅(qū)動儀表電路。 工作時，處理器根據(jù)前面采集到的車況信號，計算出儀表應(yīng)該顯示的刻度，從而計算出儀表指針應(yīng)該轉(zhuǎn)過的角度。本設(shè)計采用的是 VID29 式的步進電機，并且采用該電機的微步模式。在該模式下，給電機一個周期的脈沖則電機轉(zhuǎn)動 1/12176。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。 同時信號還可以控制驅(qū)動模塊的方向端口。當(dāng)輸入高電平時電 機正轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入低電平時電機反轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)動的度數(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)動度數(shù)還是兩次脈沖數(shù)差。 這樣就可以相當(dāng)靈活得控制儀表數(shù)值地顯示。 該電機驅(qū)動器具有以下特點：硬件微步驅(qū)動、簡單易用，電機只需速度 F(SCX)和方向 (CW/CCW)2 個控制端、所有輸入引腳都有干擾過濾器、寬工作電壓、低電磁干擾輻射。 VCC5GND10KR11VCC5VDD15VDD1VSS12RESET26F(SCX)A28OUT1A7OUT2A6OUT3A5OUT4A4OUT1B22OUT2B23OUT3B25OUT4B24OUT1C21OUT2C20OUT3C18OUT4C19OUT1D8OUT2D9OUT3D11OUT4D10CW/CCWD16F(SCX)D17CW/CCWC13F(SCX)C14CW/CCWB2F(SCX)B3CW/CCWA27U6VID6606OUT1AOUT2AOUT3AOUT4AOUT1BOUT2BOUT3BOUT4BOUT1COUT2COUT3COUT4COUT1DOUT2DOUT3DOUT4DPA0PB0PA1PB1PA2PB2PA3PB3RESET100nFC16100nFC17SMSM1SMSM2SMSM3SMSM4GND 圖 210 電機驅(qū)動電路 VID6606 芯片介紹 芯片的管腳 27/2 3/ 14/1 17/16 分別控制輸出驅(qū)動 A/B/C/D。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(zhuǎn)動的角度，輸入信號 F(SCX)的上升邊緣驅(qū)動電機輸出軸轉(zhuǎn)動一個微步，即 1/12176。從來確定儀表指針轉(zhuǎn)過的刻度。芯片所用管腳如表 25 所示。而鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 2021) 19 通過控制信號輸入 CW/CCWA/B/C/D 來控制步進電機的轉(zhuǎn)動方向。當(dāng)輸入為高電平時則控制電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入為低電平時則控制電機反轉(zhuǎn)。 步進電機驅(qū)動芯片的所有邏輯輸入均內(nèi)置干擾 濾波模塊，避免在輸入信號線上的尖波和干擾產(chǎn)生的錯誤信息，所有脈寬小于 20ns 的正負(fù)脈沖被忽略。 在整個使用溫度范圍內(nèi)，最小訊號脈寬必須大于 450ns 以保證芯片正確的 功能。 表 25 VID6606管腳功能說明 管腳序號 名稱 I/O 功能 1/15 VDD V 正供電電壓 12 VSS V 負(fù)供電電壓，接地 28/3/14/17 F(SCX) A/B/C/D I 步進速度控制 27/2/13/16 CW/CCW A/B/C/D I 步進方向控制 26 RESET I 復(fù)位 4/5/6/7 OUT 3A/4A/2A/1A O 輸出驅(qū)動 A 8/9/10/11 OUT 1D/2D/4D/3D O 輸出驅(qū)動 D 18/19/20/21 OUT 3C/4C/2C/1C O 輸出驅(qū)動 C 22/23/24/25 OUT 1B/2B/4B/3B O 輸出驅(qū)動 B 驅(qū)動芯片時序參數(shù) VID6606 驅(qū)動芯片的時序參數(shù)如表 26 所示 。 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。 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。 基于 CAN 總線的汽車組合電子儀表系統(tǒng)設(shè)計 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 所示。 圖 213 復(fù)位信號延遲 步進電機的選擇 本設(shè)計儀表采用 VID29 系列步進 電機進行驅(qū)動。 VID29 系列步進電機是一種精密的微型步進電機，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。 VID29 系列步進電機需要兩路邏輯脈沖信號驅(qū)動，可以工作于 5V~10V 的脈沖下，輸出軸的步距角最小可以達到 1/12176。， 最大角速度 600176。/s?？捎梅植侥Ｊ交蛭⒉侥Ｊ津?qū)動。 VID29 系列步進電機分為兩大產(chǎn)品系列，分別是 VID29XX/VID29XXP，電機在設(shè)計上選用高級鐵磁材料和特種耐磨塑料