基于光纖的汽車CAN總線研究（電子信息技術(shù)本科畢業(yè)論文）

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕題目：基于光纖的汽車CAN總線研究系別：電子信息科學(xué)系專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。作者簽名：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于保密□，在_________年解密后適用本授權(quán)書。不保密√?！舱?qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√〞〕作者簽名：導(dǎo)師簽名：

摘要 本文提出了基于SJA1000CAN控制器的Fiber-CAN接口和CAN通信的設(shè)計(jì)。采用光纖作為傳輸介質(zhì)提高了CAN通信網(wǎng)抗干擾能力。詳細(xì)分析了Fiber-CAN通信的接口設(shè)計(jì)的可行性，并設(shè)計(jì)出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信的Fiber-CAN接口。 其主要有單片機(jī)控制局部、單片機(jī)外設(shè)局部和CAN通信接口局部組成。單片機(jī)和其外設(shè)共同工作產(chǎn)生了CAN通信所傳輸?shù)男畔ⅲ硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)顯示局部顯示通信的結(jié)果。Fiber-CAN通信的光電轉(zhuǎn)換局部采用了SDH收發(fā)一體的光電轉(zhuǎn)換模塊，比擬容易的實(shí)現(xiàn)了光纖接口局部，減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，并提高系統(tǒng)的性能。光纖的使用不僅大大提高通信的抗干擾能力，而且增大了節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離。 本設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于汽車總線，能在汽車中極其惡劣的現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定的傳輸汽車各個(gè)部件的參數(shù)，完成各個(gè)局部協(xié)調(diào)合作的任務(wù)。關(guān)鍵詞：汽車總線；光纖；CAN控制器；Fiber-CAN

AbstractThisarticleproposedbasedonSJA1000CANcontrollerFiber-CANinterfaceandthecorrespondencedesign.TheopticalfiberusedtosharpentheCANcommunicationsnetworkantigamblingabilityasthetransmissionmedium.DetailedsubdividedFiber-CANcorrespondenceconnectiondesignfeasibility,anddesignedpoint-to-pointnetworkcorrespondenceFiber-CANconnection.

Itmainlyhasoutsidethemonolithicintegratedcircuitcontrolsection,themonolithicintegratedcircuitsupposespartiallywiththeCANcorrespondenceconnectionpartialcompositions.ThemonolithicintegratedcircuitandbesidessupposedworkstogetherhashadtheCANmessagecentertransmissioninformation,anotherpitchpointthroughdemonstrationpartialdemonstrationscorrespondenceresult.Fiber-CANcorrespondencephotoelectricitytransformedpartiallyusesSDHtoreceiveanddispatchabodythephotoelectricitytransformationmodule,tohavebeenpartialcomparedwiththeeasyrealizationopticalfiberconnection,reducedthedesigncomplexdegree,andenhancedthesystemtheperformance.Theopticalfiberusenotonlyenhancesthecorrespondencegreatlytheantigamblingability,moreoverhasincreasedthepitchpointtransmittingrange.

Thisdesignproposalappliesintheautomobilebusline,canintheautomobiletheextremelybadscenestabletransmissionautomobileeachpartparameters,completeeachpartofcoordinatedcooperationtheduty.

Keywords:Automobilebusline;Fiber;CANcontroller;Fiber-CAN目錄第一章概述 1第二章汽車總線技術(shù) 32.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展歷史 32.2汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用 32.3汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展趨勢(shì) 4在汽車應(yīng)用中迅速普及 42.3.2高速、實(shí)時(shí)、容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 42.3.3多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò) 4豐富的軟件設(shè)計(jì) 52.3.5統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 52.4車用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 52.4.1總線拓?fù)?52.4.2星型拓?fù)?62.4.3環(huán)形拓?fù)?62.5汽車CAN總線 72.5.1CAN總線的特點(diǎn) 72.5.2CAN總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 8第三章方案比照 93.1Wire-LIN，Wire-CAN 93.1.1Wire-LIN 93.1.2Wire-CAN 103.2Fiber-CAN 103.2.1Fiber-CAN節(jié)點(diǎn) 113.2.2光纖的選擇 113.2.3Fiber-CAN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 123.3方案選擇 12第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 134.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本任務(wù) 134.2系統(tǒng)的硬件外設(shè)原理設(shè)計(jì) 134.2.1CAN控制器SJA1000 134.2.2控制器原理圖 154.2.3CAN光纖接口原理 164.2.4CPU、RAM擴(kuò)展和ROM擴(kuò)展局部 174.3系統(tǒng)的硬件外設(shè)PCB設(shè)計(jì) 234.3.1PCB設(shè)計(jì)中的流程和抗干擾措施 234.3.2PCB制作 27第五章系統(tǒng)CAN通信軟件設(shè)計(jì) 295.1BasicCAN節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì) 295.2程序設(shè)計(jì)說(shuō)明 31系統(tǒng)宏定義 315.2.2CAN接口配置子程序 34自動(dòng)發(fā)送 37第六章系統(tǒng)的安裝及測(cè)試設(shè)計(jì) 386.1PCB板的安裝 386.2PCB板的測(cè)試 38焊接測(cè)試 38單元測(cè)試 39CAN接口通信測(cè)試 396.3系統(tǒng)的改良 40結(jié)束語(yǔ) 42致謝 43參考文獻(xiàn) 44附錄A〔主要模塊源代碼〕 45附錄B〔PCB板設(shè)計(jì)截圖〕 69第一章概述在當(dāng)今的中高檔汽車中都采用了汽車總線技術(shù)。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復(fù)雜的電子設(shè)備、控制器、測(cè)量?jī)x器等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換渠道。一些汽車專家認(rèn)為，就像在20世紀(jì)70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，近10年來(lái)數(shù)據(jù)總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)開展的一個(gè)里程碑。20世紀(jì)90年代以來(lái)，汽車上由電子控制單元(ECU)控制的部件數(shù)量越來(lái)越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)裝置、平安氣囊裝置、電控門窗裝置、主動(dòng)懸架等等。隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，車上的ECU數(shù)量越來(lái)越多。因此，一種新的概念--車上控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN〔ControllerAreaNetwork〕的概念也就應(yīng)運(yùn)而生了。CAN最早是由德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線。CAN協(xié)議中每一幀的數(shù)據(jù)量都不超過(guò)8個(gè)字節(jié)，以短幀多發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高實(shí)時(shí)性；CAN總線的糾錯(cuò)能力非常強(qiáng)，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；同時(shí)CAN總線的速率可到達(dá)1Mbit/s，是一個(gè)真正的高速網(wǎng)絡(luò)?？傊瑢AN總線應(yīng)用在汽車中使用有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)用低本錢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,平安性、降低本錢。(2)具有快速響應(yīng)時(shí)間和高可靠性，并適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用如剎車裝置和氣囊；控制平臺(tái)、信息平臺(tái)、駕駛平臺(tái)的互連根底。(3)CAN芯片可以抗高溫和高噪聲，并且具有較低的價(jià)格，開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、群眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)報(bào)道，中國(guó)首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車已在奇瑞公司試裝成功，并進(jìn)行了初步試運(yùn)行。在上海群眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術(shù)。但總的來(lái)說(shuō)，目前CAN總線技術(shù)在我國(guó)汽車工業(yè)中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段，絕大局部的汽車還沒有采用汽車總線的設(shè)計(jì)，因而存在著不少弊端。比方，眾所周知汽車的核心設(shè)備就是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、冷卻劑溫度等等是和汽車駕駛是緊密相關(guān)的。傳統(tǒng)汽車儀表的設(shè)計(jì)方法是：通過(guò)放置在汽車部件〔如發(fā)動(dòng)機(jī)〕內(nèi)部的傳感器，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，如電壓、電流、脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換或計(jì)數(shù)器等，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可視的指針信號(hào)顯示在模擬儀表盤上。隨著汽車總線技術(shù)的開展，不少進(jìn)口的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)不再直接向外提供傳感器信號(hào)，而改用CAN總線通信接口。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由于缺乏基于CAN總線的測(cè)試維修設(shè)備，目前我們的維修人員使用的方法只能是在發(fā)動(dòng)機(jī)上鉆孔，將傳感器直接放進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量，操作繁瑣、設(shè)備復(fù)雜，且不利于保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。又比方，現(xiàn)有的局部汽車儀表使用了專用的總線設(shè)計(jì)，由于硬件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，通信協(xié)議也不兼容，為甲公司汽車生產(chǎn)的儀表完全不能在乙公司的汽車上使用，生產(chǎn)本錢難以降低、故障維修很不方便。如果能將各種專用總線統(tǒng)一到CAN總線標(biāo)準(zhǔn)上來(lái)，就可以解決問(wèn)題。再比方，在手動(dòng)擋汽車中，駕駛員的換擋是依照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，有可能發(fā)生應(yīng)該加高擋位而沒能及時(shí)加擋的情況，即低檔高速行駛，既不利于降低油耗，又容易造成汽車傳動(dòng)部件磨損。如果能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋提示，車輛就能始終保持在經(jīng)濟(jì)時(shí)速行駛。根據(jù)ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)定義的OSI模型，CAN協(xié)議定義了物理層及數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，這為不同的汽車廠商制定符合自身需要的應(yīng)用層協(xié)議提供了很大的便利。如果需要建立更加完善的系統(tǒng)，還需要在CAN的根底上選擇適宜的應(yīng)用層協(xié)議。如CANOpen、DeviceNet、SAEJ1939等?，F(xiàn)代汽車是一個(gè)智能化網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)。汽車網(wǎng)絡(luò)貫穿整車的每個(gè)單元即控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、駕駛系統(tǒng)和傳感執(zhí)行系統(tǒng)均由控制局域網(wǎng)CAN-BUS互連，掌握應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)并開發(fā)嵌入式軟件是關(guān)鍵技術(shù)。將車內(nèi)的控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)如故障信息檢測(cè)系統(tǒng)，車況自動(dòng)紀(jì)錄系統(tǒng)，實(shí)時(shí)駕駛信息顯示系統(tǒng)〔智能化數(shù)字儀表〕與嵌入式因特網(wǎng)互連〔支持IPv4及IPv6〕,使每個(gè)汽車有一個(gè)Web網(wǎng)頁(yè)，將會(huì)是今后汽車計(jì)算平臺(tái)的關(guān)鍵核心技術(shù)。第二章汽車總線技術(shù)2.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展歷史早期的汽車網(wǎng)絡(luò)中，通用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)并未得到廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，用戶通常利用自己制定的電路和通用異步收發(fā)器(UART)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的串行通信。由于沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各汽車制造商都有一套獨(dú)立定義的接口標(biāo)準(zhǔn)和專用供給商。這樣，供給商雖然縱向緊密地與汽車制造商合作，卻缺乏與其他供給商的橫向聯(lián)系，導(dǎo)致生產(chǎn)的同類產(chǎn)品不能兼容互換。采用標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以后，各供給商按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)部件，提高了同類產(chǎn)品的兼容性和互換性。而汽車制造商可以委托任意一家合格的供給商開發(fā)符合標(biāo)準(zhǔn)的模塊。國(guó)際著名汽車制造商和零部件供給商于二十世紀(jì)八十年代就致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與應(yīng)用，迄今己推出多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，如J1850,VAN,CAN,ABUS等。在各種汽車網(wǎng)絡(luò)中，CAN以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，優(yōu)異的性能和極高的可靠性得到了最為廣泛的應(yīng)用。尤其在歐洲，DaimlerC、hrysler及Volvo公司等都將CAN作為他們電子系統(tǒng)控制器網(wǎng)絡(luò)化的手段。美國(guó)的制造商也正逐步將他們的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由J1850過(guò)渡到CAN。2.2汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用目前，汽車電子控制己經(jīng)從初期的“電子——機(jī)械替代〞階段過(guò)渡到“獨(dú)立系統(tǒng)的精確量化反應(yīng)控制〞階段，并朝著“多目標(biāo)綜合控制和智能化控制〞的方向開展，即把整體上相關(guān)、功能上相對(duì)獨(dú)立而位置上分布安裝的電子系統(tǒng)或裝置組成一個(gè)協(xié)調(diào)控制的綜合系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的優(yōu)化控制，進(jìn)一步全面提高汽車的整體性能，根據(jù)智能化的要求和綜合協(xié)調(diào)控制的特點(diǎn)，綜合控制系統(tǒng)將更多地依賴系統(tǒng)內(nèi)、外部信息的獲取，這要求互相獨(dú)立的電子系統(tǒng)和裝置間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息傳遞。因此，現(xiàn)代汽車采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決分布式控制是一種必然，使用汽車網(wǎng)絡(luò)不僅可以減少線束，而且能夠提高各控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，減少冗余的傳感器及相應(yīng)的軟硬件配置，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的資源共享，便于集中實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的在線故障診斷。2.3汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展趨勢(shì)在汽車應(yīng)用中迅速普及短短幾年內(nèi)，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展速度令人瞳目結(jié)舌，僅以上海群眾的兩款引進(jìn)車型為例，兩年前，人們還驚嘆作為中檔車的PassatB5采用了CAN總線控制技術(shù)，如今作為經(jīng)濟(jì)型轎車推出的Pol。也己全面采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。從目前情況看，世界各大汽車公司的車身網(wǎng)絡(luò)控制和動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)平臺(tái)均己根本建立，在新推出的車型中，全面采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)己成為可能。可以斷言，近幾年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用將會(huì)迅速普及。高速、實(shí)時(shí)、容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)線控概念(x-by-wire)是一種新的汽車工程概念，目前己有使用線控系統(tǒng)的概念車出現(xiàn)。2002年1月初在底特律舉行的北美國(guó)際車展上，展出的跑車Autonomy就首次在汽車中使用了x-by-wire技術(shù)。x-by-wire技術(shù)在未來(lái)將是十分重要的技術(shù)，該技術(shù)極大改善了汽車的可操縱性、平安性、設(shè)計(jì)的靈活度及總體結(jié)構(gòu)。駕駛員和方向盤之間將沒有任何機(jī)械局部的連接，使用這種技術(shù)使汽車的操縱系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)能夠通過(guò)電子方式進(jìn)行控制，這就是說(shuō)，像汽車內(nèi)的剛性傳動(dòng)件將會(huì)被基于網(wǎng)絡(luò)控制的各種傳感器、控制器和電液式電動(dòng)執(zhí)行器所組成的線控系統(tǒng)取而代之。x-by-wire技術(shù)必將促進(jìn)高速、實(shí)時(shí)、容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的開展。多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)未來(lái)汽車網(wǎng)絡(luò)同時(shí)將是一個(gè)多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)。它能使車主生活更輕松，并在某種程度上將辦公室移入車內(nèi)。假設(shè)從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，汽車甚至可以成為一個(gè)網(wǎng)站，人們可以下載軟件以提高汽車的性能。目前，此類技術(shù)尚處研發(fā)階段，與蜂窩移動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，如全球定位系統(tǒng)(GPS)和導(dǎo)航系統(tǒng)等少數(shù)技術(shù)己在高檔汽車中得到應(yīng)用。作為最早的汽車電子產(chǎn)品的汽車收音機(jī)，現(xiàn)在不止是一種娛樂(lè)工具，還可以適配導(dǎo)航系統(tǒng)、RDS,DAB,ARI和RKE等的接口。豐富的軟件設(shè)計(jì)未來(lái)汽車將成為軟件產(chǎn)品，此斷言可能是一種夢(mèng)想，因?yàn)楝F(xiàn)在無(wú)法想象除了機(jī)械之外，還有什么能使汽車運(yùn)動(dòng)、關(guān)閉車窗和天窗、翻開氣門或電動(dòng)機(jī)。然而，這說(shuō)明在未來(lái)的汽車中軟件主導(dǎo)硬件的趨勢(shì)是不可防止的，軟件在汽車設(shè)計(jì)中已無(wú)處不見，可以說(shuō)未來(lái)汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)之一就是軟件的競(jìng)爭(zhēng)。這也正是OSEK產(chǎn)生的原因，使用OSEK將大大縮短開發(fā)新型模塊的周期。將來(lái)，汽車制造商必須與配件制造商、芯片供給商緊密協(xié)作，三方各盡所能以確保汽車工程工程的成功。在汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中，軟件開發(fā)正變得與發(fā)動(dòng)機(jī)或者車身設(shè)計(jì)一樣重要。據(jù)估計(jì)，在不久的將來(lái)，會(huì)出現(xiàn)汽車專用軟件供給商，現(xiàn)有零部件供給商可能轉(zhuǎn)移研發(fā)的重點(diǎn)和方向。一方面，汽車軟件設(shè)計(jì)的分工會(huì)更明細(xì)和模塊化，另一方面，專用軟件的開發(fā)也是一個(gè)趨勢(shì)。統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議目前汽車行業(yè)中存在許多網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，由于缺乏全世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上提高了汽車的制造本錢。雖然建立一個(gè)統(tǒng)一的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系是一件十分復(fù)雜和困難的工作，但在汽車制造商和供給商之間己逐漸對(duì)這一問(wèn)題達(dá)成一致:A類網(wǎng)絡(luò)使用LIN;B類網(wǎng)絡(luò)使用低速CAN,C類網(wǎng)絡(luò)使用高速CAN己作為事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);在采用x-by-wire技術(shù)的下一代汽車中，TTP或者FIexRay協(xié)議將是一種必然的選擇。此外，大多數(shù)汽車公司和零配件廠商對(duì)統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境常感興趣?？梢灶A(yù)見，在不久的將來(lái)，各類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)將被合并成為一個(gè)。假設(shè)真的形成這種天下一統(tǒng)的局面，那么汽車及其相關(guān)工業(yè)將受益匪淺，從而大大加快汽車技術(shù)的開展。2.4車用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，常見的結(jié)構(gòu)有總線型網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)形網(wǎng)絡(luò)?？偩€拓?fù)湓诳偩€拓?fù)渲校瑐鬏斀橘|(zhì)為一條總線，節(jié)點(diǎn)通過(guò)相應(yīng)的硬件接口接至總線上。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)均可接收該消息。由于所有的節(jié)點(diǎn)共享同一個(gè)信道。因此任一時(shí)刻只允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息。該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔仨毷褂每偩€訪問(wèn)機(jī)制，這樣當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)準(zhǔn)備發(fā)送消息時(shí)，能確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先獲得總線的訪問(wèn)權(quán)。目前在汽車控制網(wǎng)絡(luò)中使用最多的是總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖2.1所示。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)圖2.1總線拓?fù)湫切屯負(fù)湓谛切屯負(fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接到中央節(jié)點(diǎn)，因此任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信都必須通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)。如圖2.2所示。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)圖2.2星型拓?fù)洵h(huán)形拓?fù)湓诃h(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，有許多中繼器進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)封閉式的環(huán)路。如圖2.3所示。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)圖2.3環(huán)形拓?fù)?.5汽車CAN總線CAN總線是德國(guó)BOSCH公司在20世紀(jì)80年代初，為了解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。它的短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線性仲裁技術(shù)以及靈活的通訊方式適應(yīng)了汽車的實(shí)時(shí)性和可靠性要求。汽車CAN總線的技術(shù)背景來(lái)源于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)這樣非常成熟的技術(shù)，因此具有很高的可靠性，抗干擾性。2.5.1CAN總線的特點(diǎn)CAN作為一種多主總線，支持分布式實(shí)時(shí)控制的通訊網(wǎng)絡(luò)。其通訊介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應(yīng)用中，總線的位速率最大可達(dá)1Mbit/s。CAN總線屬于總線式串行通訊網(wǎng)絡(luò)，由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通訊總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可以概括如下：CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無(wú)需站地址等節(jié)點(diǎn)信息。利用這一點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134us內(nèi)得到傳輸。CAN采用非破壞性總線性仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況〔以太網(wǎng)那么可能〕。CAN只需通過(guò)幀濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局播送等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無(wú)需專門的“調(diào)度〞。CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km〔速率5kbps〕；通信速率最高可達(dá)1Mbps(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)；標(biāo)示符可達(dá)2032種〔CAN2.0A〕,而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的標(biāo)示符幾乎不受限制。采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。CAN的每幀信息都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。CAN的通信介質(zhì)可為雙鉸線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。2.5.2CAN總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)國(guó)內(nèi)汽車品牌中已經(jīng)有幾款車型應(yīng)用了總線技術(shù)，這些技術(shù)完全來(lái)自國(guó)外。目前應(yīng)用總線的國(guó)產(chǎn)車中大多采用兩套獨(dú)立的CAN總線：一套是動(dòng)力CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，另一套是舒適CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。使用CAN總線后，對(duì)其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，得出以下結(jié)論：1)如果數(shù)據(jù)擴(kuò)展以增加新的信息，只需升級(jí)軟件即可。2)控制單元對(duì)所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)到故障后存儲(chǔ)故障碼。3)使用小型控制單元及小型控制單元插孔可節(jié)省空間。4)使傳感器信號(hào)線減至最少，控制單元可做到高速數(shù)據(jù)傳輸。5)CAN總線符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此可應(yīng)用不同型號(hào)控制單元間的數(shù)據(jù)傳輸。第三章方案比照 這次設(shè)計(jì)的主要目的是在選定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓咨希ㄟ^(guò)一種選定的通信介質(zhì)完成汽車通信網(wǎng)絡(luò)的組建，有以下幾種方案：3.1Wire-LIN，Wire-CAN3.1.1Wire-LIN本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)是一個(gè)低本錢、單線串行總線，能執(zhí)行全雙工串行通信。LIN用在汽車的分布式電子系統(tǒng)中，例如與智能傳感器和傳動(dòng)器的通信。LIN協(xié)議能采用低本錢的UART/SCI接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，幾乎所有的微控制器都提供這些接口。LIN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主控和多個(gè)從器件組成，主控器件發(fā)起所有的通信。所有節(jié)點(diǎn)執(zhí)行包括發(fā)送和接收任務(wù)在內(nèi)的附屬通信任務(wù)。此外，主節(jié)點(diǎn)執(zhí)行主控發(fā)送任務(wù)，主控任務(wù)能決定什么時(shí)候、哪一個(gè)幀將在總線上傳輸。在該方式中，沒有總線仲裁，并且在最壞情況下每個(gè)消息的時(shí)間很容易計(jì)算。當(dāng)一個(gè)消息幀發(fā)送時(shí)，在接收和過(guò)濾標(biāo)識(shí)符后，僅有一個(gè)從器件得到激活。如圖3.1所示?？偩€上的所有消息以幀的形式發(fā)送，幀由一個(gè)幀頭和響應(yīng)字段(responsefield)組成。主控器件始終在總線上發(fā)送幀頭，幀頭至少由一個(gè)13位字段、一個(gè)同步字節(jié)和一個(gè)6位標(biāo)識(shí)符組成，該標(biāo)識(shí)符的范圍為0到63。響應(yīng)字段由兩個(gè)、四個(gè)和八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和具有倒置8位和的校驗(yàn)和字段，以及所有的數(shù)據(jù)字節(jié)和標(biāo)識(shí)符組成。圖3.1顯示了在一個(gè)消息幀上所有字段的排列順序只有很少微控制器集成有專用的LIN硬件，大多數(shù)供給商用SCI或UART來(lái)提供支持。因?yàn)長(zhǎng)IN物理層是一個(gè)從汽車自診斷用ISO9141標(biāo)準(zhǔn)引出的單線12V總線，所以需要一個(gè)外部LIN收發(fā)器來(lái)轉(zhuǎn)換電平。例如當(dāng)前市場(chǎng)上已有供貨的摩托羅拉IMC33689LIN和英飛凌公司的TLE6259-2G收發(fā)器。3.1.2Wire-CAN 在傳統(tǒng)的CAN總線系統(tǒng)中主要采用微處理器、CAN控制器和CAN總線驅(qū)動(dòng)器模式，如圖3.2所示。圖3.2根本電路 SJA1000的AD0~AD7連接到微處理器8051的P0口，CS連接到8051的P2.0。P2.0為0時(shí)CPU片外存儲(chǔ)器地址可選中SJA1000，CPU通過(guò)這些地址可對(duì)SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀/寫操作。SJA1000的RD、WR、ALE分別與8051的對(duì)應(yīng)的引腳相連，INT接8051的INT0，8051頁(yè)可以通過(guò)中斷方式訪問(wèn)SJA1000。 為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RX0并不直接與82c250相連，而是通過(guò)高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了總線上的各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。不過(guò)，應(yīng)該特別說(shuō)明的一點(diǎn)是，光耦局部電路所采用的兩個(gè)電源VCC和VDD必須完全隔離，否那么采用光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率的電源隔離模塊或帶多5V隔離輸出的開關(guān)電源模塊實(shí)現(xiàn)。這些局部雖然增加了接口電路的復(fù)雜性，但是卻踢過(guò)了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和平安性。82C250與CAN總線的接口局部野采用了一定的平安和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過(guò)一個(gè)5歐的電阻與CAN總線相連，電阻起到了一定的限流的作用，保護(hù)82C250免受過(guò)流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。為了減少反射，在總線的兩端加了120歐的電阻已到達(dá)阻抗匹配的目的。82C250的Rs腳3.2Fiber-CAN在現(xiàn)代通訊網(wǎng)中為了解決大容量．高速率、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，產(chǎn)生了光纖通訊網(wǎng)。與雙絞線和同軸電纜相比，光纜還具有不輻射、不導(dǎo)電、不存在光信號(hào)相互干擾的影響，也不會(huì)有在線路“接頭處〞感應(yīng)耦合導(dǎo)致的平安問(wèn)題。目前光纖的另一優(yōu)越性能——強(qiáng)大的抗EMI能力，引起人們的關(guān)注．所以為進(jìn)一步提高CAN網(wǎng)絡(luò)的性能，采用光纖作傳輸介質(zhì)十分必要。3.2.1Fiber-CAN節(jié)點(diǎn)Fiber-CAN的節(jié)點(diǎn)連接方式和Wire-CAN大致相同，只是物理數(shù)據(jù)發(fā)送的介質(zhì)是光纖，發(fā)送器為光電轉(zhuǎn)換器。其原理圖如圖3.3所示。單片機(jī)單片機(jī)CAN控制器光纖收發(fā)器光纖總線圖3.3CAN接口原理圖3.2.2光纖的選擇 塑料光纖(POF)具備了有利于大量生產(chǎn)的假設(shè)干優(yōu)點(diǎn)。首先，它是柔韌的并能在行車車輛中承受振動(dòng)。其次，因?yàn)镻OF是大直徑光纖，它能傳輸?shù)墓馔看?。另外，這種光纖可允許中心軸線錯(cuò)位，不需要高度精密的接頭，能容易與光源連接。第-，POF易于切斷和加工。汽車工程師們發(fā)現(xiàn)，選擇最適用于汽車內(nèi)部環(huán)境的光纖類型是更可取的，而不是在汽車中信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)中僅采用單一種類的光纖。目前有兩種類型的塑料光纖：PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PC(聚碳酸酯)。PMMAPOF耐熱85℃到105℃，具有低的傳輸損耗，可在座艙中使用。PCPOF耐熱120℃或更高，可在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙中應(yīng)用，但傳輸損耗高。因此，工程師們推薦，耐熱POF必須僅限于在高溫環(huán)境內(nèi)使用。在網(wǎng)絡(luò)中使用耐熱的PCPOF最長(zhǎng)為5米，對(duì)于超過(guò)10米長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)，主要使用低傳輸損耗的PMMAPOF。這種網(wǎng)絡(luò)當(dāng)通過(guò)高溫環(huán)境時(shí)，可選用PCPOF。當(dāng)不處于極端高溫下時(shí)，PMMAPOF芯顯示有許多突出的性能。其透明度和機(jī)械強(qiáng)度極高，同時(shí)能承受潮濕、熱及惡劣天氣。它具有良好的綜合質(zhì)量穩(wěn)定性，并已證明具有高可靠性。POF纖芯和包層組成。通常纖芯直徑0．5mm到1.5mm，包層厚度5μm到50μm。纖芯和包層的界面結(jié)構(gòu)是影響POF可靠性的一個(gè)重大因素。由電子顯微鏡觀察到的芯包界面的圖象，可看到界面有兩種根本類型。一種類型是界面上纖芯和包層產(chǎn)生明顯粘結(jié)另一種類型是在纖芯和包層間形成了一種中間層。中間層是纖芯和包層=者表層的融臺(tái)，生成了一種均勻的透明層。3.2.3Fiber-CAN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 光纖CAN網(wǎng)作為一種工業(yè)底層控制局域網(wǎng)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與常用局域網(wǎng)一樣，根本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線形、環(huán)形和星形。3.3方案選擇Wire-CAN的特點(diǎn)是：技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低廉，理論上節(jié)點(diǎn)數(shù)無(wú)限制，對(duì)環(huán)境電磁輻射有一定抑制能力。但隨著頻率的增高，雙絞線的衰減迅速增高；雙絞線在發(fā)送線對(duì)和接收線對(duì)之間存在電磁耦合干擾。由于電動(dòng)汽車現(xiàn)場(chǎng)情況較為復(fù)雜，一旦雙絞線CAN網(wǎng)絡(luò)裝車，由于車輛電氣系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾，有時(shí)導(dǎo)致CAN網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。燃料電池電動(dòng)汽車X~CAN數(shù)據(jù)傳輸和傳輸介質(zhì)提出了更高的要求。因此我們選用Fiber-CAN方案，由于是初步研究我們選用最簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹５谒恼孪到y(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本任務(wù)1、完成通信所需要的硬件電路的設(shè)計(jì) 2、完成通信所需要的軟件設(shè)計(jì)3、應(yīng)用硬件電路實(shí)現(xiàn)根本的CAN通信4.2系統(tǒng)的硬件外設(shè)原理設(shè)計(jì) 為了增強(qiáng)硬件電路的實(shí)用性，在設(shè)計(jì)中參加了A/D，ROM擴(kuò)展，RAM擴(kuò)展，鍵盤和顯示。4.2.1CAN控制器SJA1000 根據(jù)選擇的方案，采用CAN控制器SJA1000和光電轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行CAN接口的組建。1、特性 ●和PCA82C200獨(dú)立CAN控制器引腳兼容●和PCA82C200獨(dú)立CAN控制器電氣兼容 ●PCA82C200模式即默認(rèn)的BasicCAN模式 ●擴(kuò)展的接收緩沖器64字節(jié)先進(jìn)先出FIFO ●和CAN2.0B協(xié)議兼容PCA82C200兼容模式中的無(wú)源擴(kuò)展幀 ●同時(shí)支持11位和29位識(shí)別碼 ●位速率可達(dá)1Mbits/s●PeliCAN模式擴(kuò)展功能--可讀/寫訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器--可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制--最近一次錯(cuò)誤代碼存放器--對(duì)每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤的中斷--具體控制位控制的仲裁喪失中斷--單次發(fā)送無(wú)重發(fā)--只聽模式無(wú)確認(rèn)無(wú)活動(dòng)的出錯(cuò)標(biāo)志--支持熱插拔軟件位速率檢測(cè)--驗(yàn)收濾波器擴(kuò)展4字節(jié)代碼4字節(jié)屏蔽--自身信息接收自接收請(qǐng)求●24MHz時(shí)鐘頻率 ●對(duì)不同微處理器的接口 ●可編程的CAN輸出驅(qū)動(dòng)器配置 ●增強(qiáng)的溫度適應(yīng)-40℃-+125℃2.總體說(shuō)明SJA1000是一種獨(dú)立控制器用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制CAN它是PHILIPS半導(dǎo)體PCA82C200CAN控制器BasicCAN的替代產(chǎn)品而且它增加了一種新的工作模式PeliCAN,這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議3．SJA1000原理結(jié)構(gòu)圖SJA1000原理結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示。圖4.1SJA1000原理結(jié)構(gòu)圖4．BasicCAN模式地址分配表在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要使用BasicCAN模式。SJA1000是一種I/O設(shè)備基于內(nèi)存編址的微控制器。雙設(shè)備的獨(dú)立操作是通過(guò)象RAM一樣的片內(nèi)存放器修正來(lái)實(shí)現(xiàn)的。SJA1000的地址區(qū)包括控制段和信息緩沖區(qū)?？刂贫卧诔跏蓟d入是可被編程來(lái)配置通訊參數(shù)的〔例如位時(shí)序〕微控制器也是通過(guò)這個(gè)段來(lái)控制CAN總線上的通訊的。在初始化時(shí)，CLKOUT信號(hào)可以被微控制器編程指定一個(gè)值。應(yīng)發(fā)送的信息會(huì)被寫入發(fā)送緩沖器。成功接收信息后，微控制器從接收緩沖器中讀取接收的信息，然后釋放空間以做下一步應(yīng)用。微控制器和SJA1000之間狀態(tài)、控制和命令信號(hào)的交換都是在控制段中完成的。初始載入后存放器的驗(yàn)收代碼驗(yàn)收屏蔽總線定時(shí)存放器0和1以及輸出控制就不能改變了只有控制存放器的復(fù)位位被置高時(shí)才可以訪問(wèn)這些存放器。在以下兩種不同的模式中訪問(wèn)存放器是不同的●復(fù)位模式●工作模式當(dāng)硬件復(fù)位或控制器掉線時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入復(fù)位模式。工作模式是通過(guò)置位控制存放器的復(fù)位請(qǐng)求位激活的。4.2.2控制器原理圖圖4.2控制器原理圖 控制器原理如圖4.2所示。CAN接口控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)都是直接連接單片機(jī)的端口。SJA1000采用獨(dú)立晶振，復(fù)位端連接單片機(jī)的復(fù)位鍵，和單片機(jī)同步復(fù)位。在RX1處連接一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，使RX1的電平處在1/2Vcc左右，有利于接受信號(hào)的判斷。4.2.3CAN光纖接口原理 1、首先我們從Wire-CAN接口來(lái)分析Fiber-CAN的可行性。圖4.3Wire-CAN總線接口82C250是CAN收發(fā)器，它是CAN控制器(SJAl000)與物理總線之間的接口，它提供向總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接受能力，CAN收發(fā)器的真值表見表4.1和圖4.3中82C250中各管腳的功能分別是：TxD為發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端，V為電源電壓，RxD為接收數(shù)據(jù)輸出端，髓為基準(zhǔn)電壓輸出端，CANH為高電平CAN電壓輸入／輸出端，CANL為低電平CAN電壓輸入／輸出端。圖中SJA1000個(gè)管腳的功能分別是：TXO為CAN輸出驅(qū)動(dòng)器0輸出。TX1為CAN輸出驅(qū)動(dòng)器1輸出，RX1為輸入比擬器輸入端1，RX0為輸入比擬器輸入端。表4.1CAN收發(fā)器82C250的真值表TxDCANHCANL總線狀態(tài)RxD0高電平低電平顯性01(或懸浮)懸浮狀態(tài)懸浮狀態(tài)隱性1由圖4.3和表4.1可見，當(dāng)SJA1000的TX0端輸出0電平時(shí)，82C250的TxD端也為0電平，此信號(hào)經(jīng)82C250差動(dòng)發(fā)送后，使cANH為高電平，cANL為低電平，總線狀態(tài)呈顯性。在這種情況下，接在總線上其它節(jié)點(diǎn)的82C250進(jìn)行差動(dòng)接收，其RxD端輸出0電平。由于SJA1000與82C250的連接關(guān)系是：RX0接RxD，RX1接VREF(當(dāng)V=5V時(shí)，VREF一2．5V)。此時(shí)對(duì)SJA1000而言，RX1>RX0，那么SJA1000讀入顯性電平，或者說(shuō)總線上的任一節(jié)點(diǎn)接收到的都是顯性位。反之，當(dāng)SJA1000的TX0為1電平時(shí)，82C250的RXD=1，有RX1<RX0，總線上任一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到的都是隱性位。綜上所述，只要某一個(gè)SJA1000的TX0端輸出0電平時(shí)，總線呈顯性，總線上所有SJA1000將收到顯性位；反之，假設(shè)TX0端輸出1電平時(shí)，總線呈隱性，其它SJA1000也將接收隱性位。可見基于這一原那么，即使去掉82C250，整個(gè)通訊仍然遵循CAN的通信協(xié)議．也就是說(shuō)，當(dāng)去掉82C25o，而將所有SJA1000的RX1端都接2．5V電壓(V一5V時(shí))，當(dāng)某一個(gè)SJA1000的TX0端輸出0電平(顯性)時(shí)，所有SJA1000的RX0端收到0電平，必有RX>RX0，即所有A1000收到顯性位。反之，當(dāng)某一SJA1000的TX0端輸出1電平(隱性)時(shí)，所有SjA1000的RX0端收到1電平，必有RX1<RX0，即所有SJA1000收到隱性位。這一原那么就是Fiber-CAN總線接口必須滿足的接口協(xié)議。 2、Fiber-CAN接口原理圖圖4.4Fiber-CAN接口原理圖Fiber-CAN接口原理圖如圖4.4所示。Fiber-CAN接口主要采用SDH光收發(fā)一體模塊作為光電轉(zhuǎn)換模塊，SDH收發(fā)模塊內(nèi)部集成了光電轉(zhuǎn)換、增益控制、電平轉(zhuǎn)換等功能，使得我們使用變的比擬容易。SDH光收發(fā)一體模塊5、6腳是模塊的電源引腳，分別給發(fā)送單元和接收單元供電。為了濾出電源中的高頻干擾，使用了LC濾波網(wǎng)絡(luò)。TXD_C和RXD_C端分別是信號(hào)的輸入和輸出。4腳是光纖無(wú)光指示，當(dāng)光纖中沒有光的時(shí)候發(fā)光二極管發(fā)光。4.2.4CPU、RAM擴(kuò)展和ROM擴(kuò)展局部 采用AT89S52作為整個(gè)設(shè)計(jì)的控制芯片，在設(shè)計(jì)中參加了ISP，可以方便的在線下載程序，簡(jiǎn)化了調(diào)試的過(guò)程。如圖4.5所示。圖4.5CPU、RAM、ROM擴(kuò)展圖4.2.2.2CPU局部AT89S52是ATMEL公司研制的通用單片機(jī)。它在AT89S51單片機(jī)的根底上為P1口定義了第二功能，有六個(gè)外部中斷、三個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器，以及四個(gè)全雙工的串行通信口，同時(shí)在指令上與AT89S51兼容，對(duì)控制系統(tǒng)較為適用。由于AT89S52具有32個(gè)IO端口，再考慮到整個(gè)設(shè)計(jì)的情況，采用了對(duì)外設(shè)直接控制和片選的方式。在外部參加12MHz的晶振，系統(tǒng)的指令執(zhí)行速度可以到達(dá)1MHz。其中P0主要用來(lái)作為數(shù)據(jù)口，是單片機(jī)和外設(shè)數(shù)據(jù)交換的重要通道。P1口作為控制口，主要用來(lái)控制外設(shè)，比方對(duì)鍵盤、顯示、ROM的控制。P2口主要用來(lái)作為地址譯碼，其中A15是CAN控制芯片SJA1000的片選，其余的作為RAM擴(kuò)展的高位地址。P3口主要用來(lái)作為第二功能口，它的RD、WR和INT0等第二功能都作為對(duì)外設(shè)的控制。4.2.2.3RAM擴(kuò)展 由于在CAN總線通信的速率可以到達(dá)1MHz，在通信過(guò)程中有大量的數(shù)據(jù)交換，而在AT89S52中只有256字節(jié)的RAM，為了使通信有更多的緩沖空間，采用了MCM52648K的RAM芯片。在RAM擴(kuò)展局部中，使用74HC573作為地址鎖存，74HC573的OE端接地，使其始終處于輸出允許的狀態(tài)，MCM5264可以實(shí)時(shí)得到低位地址的譯碼信號(hào)。根據(jù)單片機(jī)對(duì)外部RAM讀取的時(shí)序〔圖4.6〕，采用AT89S52的ALE信號(hào)作為鎖存時(shí)鐘。圖4.6單片機(jī)外部RAM的讀寫時(shí)序圖4.2.2.4ROM擴(kuò)展 AT24C系列串行E2PROM具有I2C總線接口功能，功耗小，寬電源電壓(根據(jù)不同型號(hào)2.5V～6.0V)，工作電流約為3mA，靜態(tài)電流隨電源電壓不同為30μA～110μA。 對(duì)AT24C系列E2PROM的讀寫操作完全遵守I2C總線的主收從發(fā)和主發(fā)從收的規(guī)那么，其主要讀寫時(shí)序圖如圖4.7所示。圖4.7I2C總線讀寫時(shí)序圖AT24C系列片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加1，故裝載一頁(yè)以內(nèi)規(guī)定數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，只須輸入首地址，假設(shè)裝載字節(jié)多于規(guī)定的最多字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)地址將“上卷〞，前面的數(shù)據(jù)被覆蓋。AT89S52內(nèi)部不具有I2C接口，所以應(yīng)用P15和P16作為SCL和SDA的接口來(lái)模擬I2C時(shí)序。4.2.2.5鍵盤和顯示 由于CAN總線的通信速度快、數(shù)據(jù)量大，為了防止占用太多的CPU資源，對(duì)顯示采用了靜態(tài)顯示，而鍵盤采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，其原理圖如圖4.8所示。 圖4.8顯示原理圖 AT89S52主要P11、P12和串行口對(duì)顯示進(jìn)行控制，P11用作對(duì)顯示的去除，P12用作對(duì)顯示的使能控制，串行口主要是為顯示送數(shù)據(jù)。 顯示采用三級(jí)串行移位存放器串聯(lián)的方式，串行口以方式0的工作模式給移位存放器74LS164發(fā)送信號(hào)，三次串行發(fā)送可完成對(duì)三個(gè)數(shù)碼管的顯示。 其顯示程序如下：voidDisplay(uintvalue){ P11=1; P12=1; SBUF=DispCode[value&0x00f]; while(!TI); TI=0; SBUF=DispCode[(value&0x0f0)>>4]; while(!TI); TI=0; SBUF=DispCode[(value&0xf00)>>8]; while(!TI); TI=0;} 圖4.9鍵盤原理圖 如圖4.9所示。對(duì)鍵盤的控制主要采用動(dòng)態(tài)掃描的方式。首先串行口發(fā)全零信號(hào)，使QA－QH全為0，而此時(shí)P10為高電平，假設(shè)由按鍵按下，那么P10必為0。判斷P10假設(shè)為零，那么確定有建按下，然后通過(guò)串行口發(fā)送掃描碼，8位掃描碼的中只有一位為零，其他為高電平，開始行掃描，讀取P10檢測(cè)到P10為零，那么確定有鍵按下，根據(jù)掃描碼可以判斷是哪一個(gè)鍵。具體鍵盤掃描程序如下：ucharkeyscan(void){ucharcode_h;//行掃描值ucharcode_l;//列掃描值P2_5=0;//關(guān)閉顯示器P2_6=0;SBUF=0X00;//8行發(fā)全“0”，準(zhǔn)備讀列狀態(tài)while(!TI);TI=0;if(P10==0)//如果P2_4＝＝0，可能有鍵按下{delay();//延時(shí)去抖動(dòng)if(P10==0)//重讀P2_4，假設(shè)還為0，定有鍵按下{code_h=0xfe;//置最后一行為0，開始行掃描while(code_h!=0xff)//判斷是否為最后一行，假設(shè)不是，繼續(xù)掃描{SBUF=code_h;//串口發(fā)行掃描值while(!TI);TI=0;if(P10==0)//如果P2_4==0，該code_h行有鍵按下{return(code_h)；}else//假設(shè)該code_h行無(wú)鍵按下，行掃描值左移，掃描下一行code_h=(code_h<<1)|0x01;}}}4.3系統(tǒng)的硬件外設(shè)PCB設(shè)計(jì)4.3.1PCB設(shè)計(jì)中的流程和抗干擾措施在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過(guò)程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前，可以用交互式預(yù)先對(duì)要求比擬嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)防止相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)那么可以預(yù)先設(shè)定，包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通，然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改良總體效果。1、電源、地線的處理既使在整個(gè)PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、地線的布線要認(rèn)真對(duì)待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來(lái)說(shuō)都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因，現(xiàn)只對(duì)降低式抑制噪音作以表述：〔1〕、眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容?！?〕、盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.2～0.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5mm。對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路,即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用(模擬電路的地不能這樣使用)〔3〕、用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路〔數(shù)字或模擬電路〕，而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問(wèn)題，特別是地線上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來(lái)說(shuō)，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處〔如插頭等〕。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。3、信號(hào)線布在電〔地〕層上在多層印制板布線時(shí)，由于在信號(hào)線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量，本錢也相應(yīng)增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電〔地〕層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜４娴貙拥耐暾浴?、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理在大面積的接地〔電〕中，常用元器件的腿與其連接，對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對(duì)元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離〔heatshield〕俗稱熱焊盤〔Thermal〕，這樣，可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電〔地〕層的處理相同。5、布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過(guò)密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場(chǎng)的數(shù)據(jù)量過(guò)大，這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無(wú)效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定孔所占用的等。網(wǎng)格過(guò)疏，通路太少對(duì)布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來(lái)支持布線的進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的根底一般就定為0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。6設(shè)計(jì)規(guī)那么檢查〔DRC〕布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)那么，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)那么是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個(gè)方面：〔1〕、線與線，線與元件焊盤，線與貫穿孔，元件焊盤與貫穿孔，貫穿孔與貫穿孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求?！?〕、電源線和地線的寬度是否適宜，電源與地線之間是否緊耦合〔低的波阻抗〕？在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方?！?〕、對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線是否采取了最正確措施，如長(zhǎng)度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。〔4〕、模擬電路和數(shù)字電路局部，是否有各自獨(dú)立的地線?！?〕后加在PCB中的圖形〔如圖標(biāo)、注標(biāo)〕是否會(huì)造成信號(hào)短路。〔6〕對(duì)一些不理想的線形進(jìn)行修改。〔7〕、在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否適宜，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。〔8〕、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。7、傳輸線效應(yīng) PCB板上的走線可等效為下列圖所示的串聯(lián)和并聯(lián)的電容、電阻和電感結(jié)構(gòu)。串聯(lián)電阻的典型值0.25-0.55ohms/foot，因?yàn)榻^緣層的緣故，并聯(lián)電阻阻值通常很高。將寄生電阻、電容和電感加到實(shí)際的PCB連線中之后，連線上的最終阻抗稱為特征阻抗Zo。線徑越寬，距電源/地越近，或隔離層的介電常數(shù)越高，特征阻抗就越小。如果傳輸線和接收端的阻抗不匹配，那么輸出的電流信號(hào)和信號(hào)最終的穩(wěn)定狀態(tài)將不同，這就引起信號(hào)在接收端產(chǎn)生反射，這個(gè)反射信號(hào)將傳回信號(hào)發(fā)射端并再次反射回來(lái)。隨著能量的減弱反射信號(hào)的幅度將減小，直到信號(hào)的電壓和電流到達(dá)穩(wěn)定。這種效應(yīng)被稱為振蕩，信號(hào)的振蕩在信號(hào)的上升沿和下降沿經(jīng)?？梢钥吹健！?〕、基于上述定義的傳輸線模型，歸納起來(lái)，傳輸線會(huì)對(duì)整個(gè)電路設(shè)計(jì)帶來(lái)以下效應(yīng)。●反射信號(hào)Reflectedsignals●延時(shí)和時(shí)序錯(cuò)誤Delay&Timingerrors●屢次跨越邏輯電平門限錯(cuò)誤FalseSwitching●過(guò)沖與下沖Overshoot/Undershoot●串?dāng)_InducedNoise(orcrosstalk)●電磁輻射EMIradiation〔2〕、防止傳輸線效應(yīng)的方法針對(duì)上述傳輸線問(wèn)題所引入的影響，我們從以下幾方面談?wù)効刂七@些影響的方法。●嚴(yán)格控制關(guān)鍵網(wǎng)線的走線長(zhǎng)度如果設(shè)計(jì)中有高速跳變的邊沿，就必須考慮到在PCB板上存在傳輸線效應(yīng)的問(wèn)題。現(xiàn)在普遍使用的很高時(shí)鐘頻率的快速集成電路芯片更是存在這樣的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題有一些根本原那么：如果采用CMOS或TTL電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作頻率小于10MHz，布線長(zhǎng)度應(yīng)不大于7英寸。工作頻率在50MHz布線長(zhǎng)度應(yīng)不大于1.5英寸。如果工作頻率到達(dá)或超過(guò)75MHz布線長(zhǎng)度應(yīng)在1英寸。對(duì)于GaAs芯片最大的布線長(zhǎng)度應(yīng)為0.3英寸。如果超過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就存在傳輸線的問(wèn)題?！窈侠硪?guī)劃走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決傳輸線效應(yīng)的另一個(gè)方法是選擇正確的布線路徑和終端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指一根網(wǎng)線的布線順序及布線結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用高速邏輯器件時(shí)，除非走線分支長(zhǎng)度保持很短，否那么邊沿快速變化的信號(hào)將被信號(hào)主干走線上的分支走線所扭曲。通常情形下，PCB走線采用兩種根本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即菊花鏈(DaisyChain)布線和星形(Star)分布。對(duì)于菊花鏈布線，布線從驅(qū)動(dòng)端開始，依次到達(dá)各接收端。如果使用串聯(lián)電阻來(lái)改變信號(hào)特性，串聯(lián)電阻的位置應(yīng)該緊靠驅(qū)動(dòng)端。在控制走線的高次諧波干擾方面，菊花鏈走線效果最好。但這種走線方式布通率最低，不容易100%布通。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們是使菊花鏈布線中分支長(zhǎng)度盡可能短，平安的長(zhǎng)度值應(yīng)該是：StubDelay<=Trt*0.1.例如，高速TTL電路中的分支端長(zhǎng)度應(yīng)小于1.5英寸。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)占用的布線空間較小并可用單一電阻匹配終結(jié)。但是這種走線結(jié)構(gòu)使得在不同的信號(hào)接收端信號(hào)的接收是不同步的。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效的防止時(shí)鐘信號(hào)的不同步問(wèn)題，但在密度很高的PCB板上手工完成布線十分困難。采用自動(dòng)布線器是完成星型布線的最好的方法。每條分支上都需要終端電阻。終端電阻的阻值應(yīng)和連線的特征阻抗相匹配。這可通過(guò)手工計(jì)算，也可通過(guò)CAD工具計(jì)算出特征阻抗值和終端匹配電阻值。在上面的兩個(gè)例子中使用了簡(jiǎn)單的終端電阻，實(shí)際中可選擇使用更復(fù)雜的匹配終端。第一種選擇是RC匹配終端。RC匹配終端可以減少功率消耗，但只能使用于信號(hào)工作比擬穩(wěn)定的情況。這種方式最適合于對(duì)時(shí)鐘線信號(hào)進(jìn)行匹配處理。其缺點(diǎn)是RC匹配終端中的電容可能影響信號(hào)的形狀和傳播速度。串聯(lián)電阻匹配終端不會(huì)產(chǎn)生額外的功率消耗，但會(huì)減慢信號(hào)的傳輸。這種方式用于時(shí)間延遲影響不大的總線驅(qū)動(dòng)電路。串聯(lián)電阻匹配終端的優(yōu)勢(shì)還在于可以減少板上器件的使用數(shù)量和連線密度。最后一種方式為別離匹配終端，這種方式匹配元件需要放置在接收端附近。其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)拉低信號(hào)，并且可以很好的防止噪聲。典型的用于TTL輸入信號(hào)(ACT,HCT,FAST)。此外，對(duì)于終端匹配電阻的封裝型式和安裝型式也必須考慮。通常SMD外表貼裝電阻比通孔元件具有較低的電感，所以SMD封裝元件成為首選。如果選擇普通直插電阻也有兩種安裝方式可選：垂直方式和水平方式。垂直安裝方式中電阻的一條安裝管腳很短，可以減少電阻和電路板間的熱阻，使電阻的熱量更加容易散發(fā)到空氣中。但較長(zhǎng)的垂直安裝會(huì)增加電阻的電感。水平安裝方式因安裝較低有更低的電感。但過(guò)熱的電阻會(huì)出現(xiàn)漂移，在最壞的情況下電阻成為開路，造成PCB走線終結(jié)匹配失效，成為潛在的失敗因素。●抑止電磁干擾的方法很好地解決信號(hào)完整性問(wèn)題將改善PCB板的電磁兼容性(EMC)。其中非常重要的是保證PCB板有很好的接地。對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)采用一個(gè)信號(hào)層配一個(gè)地線層是十分有效的方法。此外，使電路板的最外層信號(hào)的密度最小也是減少電磁輻射的好方法，這種方法可采用"外表積層"技術(shù)"Build-up"設(shè)計(jì)制做PCB來(lái)實(shí)現(xiàn)。外表積層通過(guò)在普通工藝PCB上增加薄絕緣層和用于貫穿這些層的微孔的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，電阻和電容可埋在表層下，單位面積上的走線密度會(huì)增加近一倍，因而可降低PCB的體積。PCB面積的縮小對(duì)走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有巨大的影響，這意味著縮小的電流回路，縮小的分支走線長(zhǎng)度，而電磁輻射近似正比于電流回路的面積；同時(shí)小體積特征意味著高密度引腳封裝器件可以被使用，這又使得連線長(zhǎng)度下降，從而電流回路減小，提高電磁兼容特性?！衿渌刹捎眉夹g(shù)為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時(shí)過(guò)沖，應(yīng)該為集成電路芯片添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在印制板上的電源環(huán)路的輻射。當(dāng)去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時(shí)，其平滑毛刺的效果最好。這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容，而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。任何高速和高功耗的器件應(yīng)盡量放置在一起以減少電源電壓瞬時(shí)過(guò)沖。如果沒有電源層，那么長(zhǎng)的電源連線會(huì)在信號(hào)和回路間形成環(huán)路，成為輻射源和易感應(yīng)電路。走線構(gòu)成一個(gè)不穿過(guò)同一網(wǎng)線或其它走線的環(huán)路的情況稱為開環(huán)。如果環(huán)路穿過(guò)同一網(wǎng)線其它走線那么構(gòu)成閉環(huán)。兩種情況都會(huì)形成天線效應(yīng)(線天線和環(huán)形天線)。天線對(duì)外產(chǎn)生EMI輻射，同時(shí)自身也是敏感電路。閉環(huán)是一個(gè)必須考慮的問(wèn)題，因?yàn)樗a(chǎn)生的輻射與閉環(huán)面積近似成正比。4.3.2PCB制作 根據(jù)以上的流程、布線規(guī)那么和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行了系統(tǒng)布線。在布局和布線的過(guò)程當(dāng)中，我們特別注意了電源線的布線，使板子能夠承受一定的電流和具有一定的抗干擾能力。PCB布線見附錄。第五章系統(tǒng)CAN通信軟件設(shè)計(jì) CAN通信控制器的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)CAN通信節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，由于通信對(duì)時(shí)間的要求以及ＣＡＮ節(jié)點(diǎn)控制ＣＰＵ的內(nèi)部容量有限，所以在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)要求做到應(yīng)答及處理數(shù)據(jù)盡量短。為了到達(dá)以上的要求，ＣＰＵ采用中斷方式檢測(cè)ＣＡＮ控制器通信。 ＣＡＮ通信主要包括：初始化子程序、定時(shí)中斷子程序、顯示子程序、存儲(chǔ)子程序、接收中斷子程序、發(fā)送中斷子程序、錯(cuò)誤中斷處理子程序、超載中斷子程序和喚醒中斷子程序等。 ＣＡＮ通信的軟件設(shè)計(jì)比擬復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們盡量采用模塊化的思想，使程序有比擬好的結(jié)構(gòu)，給程序的分塊和分析帶來(lái)了很大的便利。下面就其主要程序進(jìn)行分析。5.1BasicCAN節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì) 說(shuō)明:主程序主要包括初始化子程序、定時(shí)中斷子程序、接收中斷子程序、發(fā)送中斷子程序、錯(cuò)誤中斷處理子程序、超載中斷子程序和喚醒中斷子程序 流程圖如圖5.1所示。啟動(dòng)延時(shí)啟動(dòng)延時(shí)配置ＣＡＮ控制器初始化ＣＰＵ配置有錯(cuò)啟動(dòng)定時(shí)定時(shí)時(shí)間到接受中斷發(fā)送中斷錯(cuò)誤中斷超載中斷喚醒中斷開始自動(dòng)發(fā)送啟動(dòng)定時(shí)接受處理發(fā)送錯(cuò)誤處理超載處理喚醒處理ＹＹＹＹＹＹＮＮＮＮＹＮＮＮ圖5.1主程序流程圖具體實(shí)現(xiàn)：/*main程序*/void main(void){ucharstatus; //狀態(tài)字 Delay_50us(100); //50us*100=5ms status=Config_SJA(); //配置sja1000 InitCPU(); //初始化 if(status!=0) Dispaly(status);//配置sja1000出現(xiàn)錯(cuò)誤 else{ Dispaly(0x0ca); //無(wú)措顯示CAN1 } //設(shè)置并行方式 TimeOut_Start(20); //20*50us=1ms,定時(shí)周期1ms while(1) { if(_testbit_(T0IR)) //1ms時(shí)間到 { AutoSendDataToCanBus(); TimeOut_Start(200); //200*50us=10ms,定時(shí)周期10ms } if(_testbit_(CanRcv_Good)) CanRcv_Prg(); //是接收中斷標(biāo)志 if(_testbit_(CanSend_Good)) CanSend_Prg(); //是發(fā)送中斷標(biāo)志 if(_testbit_(CanErrFlag)) CanErr_Prg(); //是錯(cuò)誤中斷標(biāo)志 if(_testbit_(CanDtOverFlag)) CanDtOver_Prg();//是超載中斷標(biāo)志 if(_testbit_(CanWuiFlag)) CanWui_Prg(); //是喚醒中斷標(biāo)志 }}5.2程序設(shè)計(jì)說(shuō)明系統(tǒng)宏定義說(shuō)明：由于CAN控制器SJA1000的存放器比擬復(fù)雜，所以為了更好的定義每個(gè)存放器的意義，我們把所有的存放器訪問(wèn)地址全部以宏定義的方式列舉出來(lái)，這樣更有利于存放器的使用。定義如下：/*************************************************************************SJA1000與微處理器的接口是以外部存儲(chǔ)器的方式，所以以下的基址定義，用戶**應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際電路來(lái)進(jìn)行調(diào)整*************************************************************************/#defineSJA_BaseAdr0xＥＦ00//定義sja1000的片選基址//計(jì)算SJA1000在電路中的實(shí)際地址:基址+內(nèi)部存放器地址/*************************************************************************以下的定義為SJA1000的內(nèi)部存放器的地址，不可修改**各存放器的具體功能清參閱sja1000的數(shù)據(jù)手冊(cè)*************************************************************************/#defineREG_CONTROLSJA_BaseAdr+0x00//內(nèi)部控制存放器#defineREG_COMMANDSJA_BaseAdr+0x01//命令存放器#defineREG_STATUSSJA_BaseAdr+0x02//狀態(tài)存放器#defineREG_INTERRUPTSJA_BaseAdr+0x03//中斷存放器#defineREG_ACRSJA_BaseAdr+0x04//驗(yàn)收代碼存放器#defineREG_AMRSJA_BaseAdr+0x05//驗(yàn)收屏蔽存放器#defineREG_BTR0SJA_BaseAdr+0x06//總線定時(shí)存放器0#defineREG_BTR1SJA_BaseAdr+0x07//總線定時(shí)存放器1#defineREG_OCR