【正文】 出現(xiàn)的問題。從90年代中期以來，汽車綜合控制技術逐步形成了一個多科學相互交互的綜合性新型技術，它以大規(guī)模集成電路和總顯示控制器局域網為特征，其主要電子產品包括靈巧電源、智能傳感器、總線控制器、總線收發(fā)器。未來汽車電子化呈現(xiàn)六大趨勢：一是功能集成化，如車身控制模塊，將取代諸如中控門鎖、防盜、雨刮、空調、座椅調節(jié)等單項控制系統(tǒng)；二是數(shù)字控制取代模擬控制；三是多微處理器協(xié)同工作，以實現(xiàn)既有獨自運行、又有協(xié)同功能的數(shù)據共享和靈活組成的優(yōu)勢；四是無線與有線技術相結合，實現(xiàn)車內外信息傳輸智能化、高速化；五是硬件通用化、高速化，軟件專業(yè)化，以軟件功能提升硬件功能；六是在開發(fā)流程上，有“底層向上”模式演變?yōu)椤坝缮舷蛳隆蹦Ｊ?。目前，轎車上裝備的各種傳感器、執(zhí)行器和電燈加起來一共多達數(shù)百個，其中僅驅動各種物理轉動的電機就占一半左右。因此，汽車控制系統(tǒng)網絡化已經成為汽車電子今后發(fā)展的一個趨勢。每個子網絡包含必要的電子設備，這些電子設備之間通過局域網總線實現(xiàn)通信。在這種體系中，沒有全局總線。對信息娛樂網絡來說，就是采用MOST技術；動力總承網絡來說就采用Flexray總線，對底盤網絡來說，就采用CAN總線。 圖11 汽車網絡系統(tǒng) 電動車窗控制技術的發(fā)展概況汽車自十八世紀末誕生以來，已經走過了一百多年的時間，在這段時間內，汽車車窗控制技術也有了巨大的變化。電動車窗的發(fā)展經歷了兩個階段。這時的車窗系統(tǒng)靈活性和安全性不高，更增加了維修和維護的難度。它和其它控制系統(tǒng)一樣，都以一個智能節(jié)點的形式搭載于串行總線上。目前，電動車窗是車身控制系統(tǒng)的一個研究熱點。LIN總線以其低廉的價格在低端市場占據主導地位，但不能夠完全勝任可靠、及時地傳遞信息，因此更多的是應用CAN總線。尤其在中、高檔汽車的車身控制系統(tǒng)中，由于需要在車身網絡傳輸?shù)男畔⒈容^多，且要求車窗控制系統(tǒng)與其它模塊通信的實時性較強，LIN總線已經不能滿足要求，在這種情況下基于CAN的車窗系統(tǒng)便得到了更廣泛的應用。 課題的主要內容和意義 課題的主要內容本課題研究的電動車窗控制系統(tǒng)是搭載于轎車車身控制網絡的一個應用子系統(tǒng)。對電動車窗控制系統(tǒng)完成了硬件設計和軟件設計。傳統(tǒng)的汽車供電系統(tǒng)線束多，改用多路總線傳輸系統(tǒng)以后，僅用一根動力線即可，動力線長度節(jié)省50%以上，當控制系統(tǒng)需要改變電路時，只要把線束延長即可，方便經濟。提高了系統(tǒng)的可靠性。國內外汽車總線技術的自主開發(fā)正在高速發(fā)展中。 本章小結本章首先結合我國汽車產業(yè)市場規(guī)模敘述了汽車電子的產值概況，進而研究了電動車窗控制系統(tǒng)的研究價值，它是汽車電子的重要組成部分。最后，結合電動車窗的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了本課題的主要內容。1993年11月ISO正式頒布了CAN的國際標準ISO11898，之后又追加了頒布了國際標準ISO11519。 CAN簡介CAN (Controller Area Network)即控制器局域網，是一種先進的串行通信協(xié)議，屬于現(xiàn)場總線范圍。CAN總線具有以下幾個重要特點：
結構簡單，只有兩根線與外部相連，且內部含有錯誤探測和管理模塊?？梢远喾N方式工作，網絡上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動的向網絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。 網絡上的節(jié)點信息可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時要求。同時，8個字節(jié)也不會占用總線時間過長，從而保證了通訊的實時性。當兩個節(jié)點同時向總線上發(fā)送數(shù)據時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可以不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據，這大大地節(jié)省了總線仲裁沖突時間，在網絡負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網絡癱瘓。節(jié)點數(shù)可達110個，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。
CAN總線采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數(shù)據通信的可靠性。 圖21 CAN的分層結構 CAN總線數(shù)值的特性在物理層能使用很多物理介質，例如雙絞線、光纖等，最常用的是雙絞線。CANH和CANL高表示的邏輯“0”被稱作“顯性位”； CANL比CANH高表示的邏輯“1”被稱作“隱性位”。CAN總線發(fā)送的數(shù)據是由隱性位和顯性位組成的?！帮@性”或“隱性”位同時發(fā)送時，最后總線數(shù)值將為“顯性”。在“隱性”狀態(tài)下，VCANH和VCANL被固定于平均電壓點平，Vdiff近似為0。因而，這種處理的機制就保證了網絡中的各個節(jié)點在同時發(fā)送數(shù)據時，優(yōu)先級低的節(jié)點會退出，節(jié)省了大量的仲裁時間，提高了可靠性。表21描述了幀的種類和作用。 遙控幀用于接收單元向具有相同ID的發(fā)送單元請求數(shù)據的幀。 過載幀用于接收單元通知其尚未做好接受準備的幀。 數(shù)據幀由七種不同的位域(Bit Field)組成：幀起始(Start of )、仲裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、數(shù)據域(Data Field)、CRC域(CRC Field)、應答域(ACK Field)和幀結尾(End of )。 （1）幀起始(SOF)：幀起始(SOF)標志著數(shù)據幀和遠程幀的起始，僅由一個“顯性”位組成。所有的站點必須同步于首先開始發(fā)送報文的站點的幀起始前沿(該方式稱為“硬同步”)。標準格式里，仲裁域由1l位標識符和RTR位組成。擴展幀格式里，仲裁域包括29位標識符、SRR位、IDE(Identifier Extension，標志符擴展)位、RTR位。為了區(qū)別標準幀格式和擴展幀格式，CAN l．0～1．2版本協(xié)議的保留位r1現(xiàn)表示為IDE位。在擴展幀中，替代遠程請求(Substitute Remote Request，SRR)位為隱性。RTR的全稱為“遠程發(fā)送請求(Remote Transmission Request)”。
它是區(qū)別數(shù)據幀和遠程幀的標志。
（4）數(shù)據域：發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據按照長度代碼指示長度發(fā)送。它可為0～8字節(jié)，每個字節(jié)包含8位，首先發(fā)送的是MSB(最高位)。CRC計算中，被除的多項式包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據域及15位為0的解除填充的位流給定。發(fā)送時，CRC序列的最高有效位被首先發(fā)送／接收。 （6）應答域：應答域由發(fā)送方發(fā)出的兩個(應答間隙及應答界定)隱性位組成，所有接收到確的CRC序列的節(jié)點將在發(fā)送節(jié)點的應答間隙上將發(fā)送的這一隱性位改寫為顯性位。應答界定符是應答域中第二個隱性位，由此可見，應答間隙兩邊有兩個隱性位：CRC域和應答界定位。這樣，接收節(jié)點可以正確檢測到一個幀的傳輸結束。它們都是由幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、ACK場和幀結束域這六個場組成。 錯誤幀 如圖23所示，錯誤幀由錯誤標志和錯誤界定組成，錯誤標志有6位，錯誤界定符是8個隱性位。每一個CAN節(jié)點的狀態(tài)只能是以下3中之一：主動錯誤狀態(tài)、被動錯誤狀態(tài)、總線關閉狀態(tài)。 圖23 錯誤幀 過載幀 過載幀和主動錯誤幀在形式上式相同的，也是由6個顯性位的過載標志和8個隱性位的過載界定符組成。（1）間歇 間歇由3個隱性位組成。只要總線被認為空閑，任何等待發(fā)送報文的節(jié)點就會訪問總線。 報文接收和仲裁接受節(jié)點通過報文濾波來判斷是否接受當前報文。當報文濾波后，節(jié)點接收當前報文，通過報文校檢來判斷報文是否有效。發(fā)送節(jié)點：當知道幀的末位仍沒有出錯，此報文對于發(fā)送節(jié)點來說被判為有效。接收節(jié)點：當直到ACK場最后1位仍沒有出錯，報文對于接收節(jié)點有效。當多個節(jié)點同時開始發(fā)送時，各給節(jié)點從仲裁場的第一位開始進行仲裁。具有相同的ID的數(shù)據幀在總線競爭時，由于數(shù)據幀的RTR位為顯性，遙控幀的RTR位為顯性，故數(shù)據幀具有優(yōu)先權，可繼續(xù)發(fā)送數(shù)據。 CAN的數(shù)據錯誤檢測 錯誤處理CAN協(xié)議中的錯誤種類共有五種，分別是位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤和應答錯誤，多種錯誤可以單獨發(fā)生也可以同時發(fā)生，當這些錯誤發(fā)生相應的狀態(tài)會有所變化。 表22 錯誤概況對于表中所示的錯誤有以下幾種例外情況：（a）位錯誤 發(fā)送節(jié)點在仲裁場輸出隱性電平，但檢測到顯性電平時，將被視為仲裁失利而不是錯誤。 發(fā)送節(jié)點在ACK場輸出隱性電平，但檢測到顯性電平時，將判斷為其它節(jié)點的ACK應答，不視為位錯誤。（b）格式錯誤 接收節(jié)點即使檢測到報文的幀結束的最后1位是顯性電平，也不視為格式錯誤。接收節(jié)點即使檢測到控制場中的DLC中的碼值大于8，也不視為格式錯誤。表23所示的是節(jié)點的錯誤狀態(tài)和計數(shù)值之間的關系。 表23 錯誤狀態(tài)和計數(shù)值 主動錯誤狀態(tài)：處于主動錯誤狀態(tài)下的節(jié)點可以正常地參加總線活動。 被動錯誤狀態(tài)：處于被動錯誤狀態(tài)下的節(jié)點，雖能曹家總線活動，但不能積極及時地發(fā)出錯誤通知。處于被動錯誤狀態(tài)下的節(jié)點檢測到錯誤時，向總線輸出帶有主動錯誤標志的錯誤幀。 總線關閉狀態(tài)：節(jié)點不能參見任何總線活動，既不能接收報文也不能發(fā)送報文，在總線關閉狀態(tài)下信息的接收和發(fā)送均被禁止。 表24 錯誤計數(shù)器的變動規(guī)則 位時序由發(fā)送單元在非同步的情況下發(fā)送的每秒鐘的位數(shù)稱為位速率。它們用于每一位的定時、同步和采樣。還有CAN報文的接收原理，還通過圖形分析了報文的仲裁過程。最后簡單說了CAN的位時序。 3電動車窗的硬件設計本章主要闡述電動車窗控制系統(tǒng)的硬件部分的設計，電動車窗控制系統(tǒng)是應用在轎車身控制系統(tǒng)中的一個智能子系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各個節(jié)點通過CAN總線進行實時通信，圖31簡潔地表示了此系統(tǒng)結構。對于四個車窗控制節(jié)點來說，其硬件結構和軟件代碼完全一致，本課題只對左前車窗節(jié)點和主控制節(jié)點進行研究。 圖32 主控節(jié)點框圖 微控制器介紹 微控制器也被稱為微處理器，是車窗節(jié)點中最重要的部分。本課題中所使用的微控制器型號是STC89C58RD。有很多優(yōu)點：如其內部做了靜電保護處理，具有高抗靜電能力。其工作的溫度范圍比較寬，在強烈的溫度變化下，也能穩(wěn)定的運行。STC89C58內部嵌有FLASH ROM，支持在系統(tǒng)編程，極大的方便程序的編寫和調試。其引腳結構如圖33所示。GND：電源接地端。在單片機內部，它是一反相放大輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。XTAL2：接外部晶振真的一個引腳。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩器信號的輸入。ALE/PROG：ALE是“ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。在非訪問外部存儲器期間，ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來驅動其它外圍芯片的時鐘輸入。EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的