LIN總線以及專線的的系統(tǒng)架構(gòu)

1引言在這個技術(shù)大變革的時代，汽車電子的技術(shù)發(fā)展也是相當?shù)难该?。為了更好地得到用戶的口碑和信任，各大汽車廠家越來越注重自身技術(shù)的進步?，F(xiàn)在的汽車電子技術(shù)已經(jīng)與傳統(tǒng)的技術(shù)不同，不再是像以前那樣去對汽車的部件進行一個點對點的控制，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)升級為可以根據(jù)汽車的行駛狀況和客戶想要的需求對汽車進行有針對性控制?，F(xiàn)在的汽車協(xié)調(diào)工作越來越多，如果仍然采用曾經(jīng)的控制方式，那么會車輛自身的布線就會非常復雜，后面的線束維護和維修會十分的麻煩，而且傳統(tǒng)的布線已經(jīng)不能保證實時的通信，這樣對汽車的性能會有很大的影響。等等問題已經(jīng)決定了傳統(tǒng)的布線方式已經(jīng)不能滿足當今汽車發(fā)展的需求。車載網(wǎng)絡就是在這背景下產(chǎn)生，該技術(shù)的發(fā)展目前已經(jīng)汽車工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。1.1車燈的總體發(fā)展情況汽車上的燈光照明系統(tǒng)是汽車的重要組成不等。汽車大燈給我們夜間行車提供了良好的保障。所以廣大的車友為了夜間的行車安全，在購車時往往會把汽車大燈的明亮度納入考慮范圍，汽車廠家也為此努力研究。燈光的用途多種多樣，從最開始用于照明到現(xiàn)在的用于裝飾、警示等等。鹵素燈鹵素大燈即白熾燈，并加入鹵族元素的應用。加入鹵素元素后亮度壽命都得到了很大的提高。鹵素元素是將升華的鎢通過鹵鎢循環(huán)原理將燈殼上的黑化物去除，從而提高亮度，這就是鹵素燈的來由。氙氣大燈氙氣是惰性氣體，通過高壓可以將氙氣電離電源的兩級之間產(chǎn)生光源。高壓是將汽車的12V電源通過增壓器增至23000V。這樣的光源優(yōu)點是亮度高、壽命長、光看起來更有檔次。LED大燈LED燈也叫發(fā)光二極管，他它體積小，啟動速度快，而且還集合了氙燈所有優(yōu)點。這些優(yōu)點可以將燈光做的更完美，更炫酷。而且時效性高。激光大燈激光大燈是是之后大燈的發(fā)展趨勢。其實就是將二極管發(fā)出的藍光大燈單元內(nèi)熒光材料，將其轉(zhuǎn)化為白光。他包含了LED的優(yōu)點，而且它更加的節(jié)能和省油?？偨Y(jié)汽車的燈光是汽車中重要的一部分，汽車的發(fā)展不斷進步，車燈的技術(shù)也在不斷進步，他們相輔相成。我相信，隨著科技的進步，車燈會發(fā)展的路會走的越來越遠。1.2轉(zhuǎn)向燈技術(shù)現(xiàn)狀1.2.1汽車照明背景經(jīng)過十多年的發(fā)展，LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)土匪猛進。現(xiàn)在大部分光源都為LED。主要由于實用性的提高和成本的降低。目前LED已經(jīng)廣泛應用在室內(nèi)室外的照明、液晶顯示、景觀照明等等領域。隨著LED行業(yè)不斷成熟，人們消費理念發(fā)生轉(zhuǎn)變，LED汽車照明也迎來了黃金發(fā)展期，從一開始的內(nèi)飾照明到后來的信號燈，再到這兩年的前照明燈具，LED已經(jīng)開始逐步取代傳統(tǒng)的氙燈，開始覆蓋中高端汽車照明市場，同時有向普通車型漫延的趨勢。汽車市場是個成熟的市場，全球的銷量總體來說是穩(wěn)步的增長，全球年增長約3－4％，全球年銷量約8000萬輛。汽車照明LED的主要應用市場是取代傳統(tǒng)的氙氣燈，乃至鹵素燈。由于傳統(tǒng)的氙氣燈亮度低、光效低、啟動時間長，而LED體積小、亮度高、光效高、易于配光而且成本在也開始越來越低，這讓LED燈越來越成為照明的主流。1.2.2目前廠商情況由于汽車照明的高性能，高可靠性要求，以及汽車行業(yè)的相對封閉性等情況，現(xiàn)階段Lumileds與osram占有前大燈市場80％以上；三星的主要市場在韓國，占10％；其余市場為日亞與臺灣廠家瓜分；國內(nèi)廠家近年來逐步推出相關(guān)產(chǎn)品，試圖進入該市場。1.2.3LED廠商推出的各產(chǎn)品現(xiàn)狀因汽車大燈對技術(shù)、可靠性及使用的環(huán)境要求非常高，因此在設計產(chǎn)品時需要注重以下內(nèi)容：單顆芯片的大小一般為38～40mil，驅(qū)動電流1A到1．2A，預計可增大至60mil，以便通更大的電流。由于發(fā)熱大，產(chǎn)品的芯片貼陶瓷熒光膜片，以防溫度過高，膜片移動或是損壞。LED車燈的基板為陶瓷氮化鋁基板，散熱效果好，基板金屬部分鍍金，基板穩(wěn)定性能好。齊納二極管保護，靜電防護10KV。采用耐高溫熒光片及白色復合材料?，F(xiàn)在的LED知名廠商主要有歐司朗、亮銳、日亞、三星等這些廠家。這些廠家的產(chǎn)品在同一條件下，基本上差別不大。但是歐司朗、亮銳產(chǎn)品相對來說比較好，而日亞采用的是長條形的熒光片，這樣的好處是無暗區(qū)，明暗截止線好。而國內(nèi)廠家在這方面要稍差點，另在同等尺寸芯片下，亮度要比外國差5～8％，所以國內(nèi)廠家會通過增大尺寸來提高產(chǎn)品亮度，但是增大尺寸又會造成遠光照度不夠等問題。1.3本文的設計轉(zhuǎn)向燈的作用用來提示其他車輛或者行人我要轉(zhuǎn)向用的，一般轉(zhuǎn)彎，并線，還有緊急情況下的雙閃燈都是它來司職，發(fā)出黃色且規(guī)律閃爍的等光，提示其他車輛和行人注意安全。讓過往的車輛和行人有足夠的反應時間來了解本車接下來要做什么。本文主要研究汽車車燈上的轉(zhuǎn)向燈。來更深層次的研究汽車轉(zhuǎn)向燈技術(shù)。本文開始介紹了LIN總線以及專線的的系統(tǒng)架構(gòu)。后面介紹了本系統(tǒng)索要用到的硬件XC822單片機、TJA1020LIN總線收發(fā)器、LED燈的驅(qū)動以及所要用到的LED燈進行了一個介紹。后面是實現(xiàn)該系統(tǒng)的軟件流程圖和介紹。最后對這起系統(tǒng)的仿真進行了展示。2系統(tǒng)設計2.1LIN總線的介紹2.1.1LIN總線概述

LIN協(xié)議是由歐洲車輛制造商協(xié)會等開發(fā)低成本的串行通訊網(wǎng)絡，其主要作用是來方便控制一些簡單的汽車電子系統(tǒng)。其實是對CAN總線等一些其它汽車通訊網(wǎng)絡的一種補充。其主要的用途是傳輸開關(guān)設置狀態(tài)以及對開關(guān)變化響應。此協(xié)議允許在一根線上進行雙工通信。對于對網(wǎng)絡帶寬和性能以及容錯率上面要求不是太高的應用，我們用RC震蕩器驅(qū)動的小成本的微型控制器來控制。LIN總線是基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式，采用單主控制器/多從設備的模式，是UART中的一種特殊情況。2.1.2LIN總線通信規(guī)則LIN總線的工作電壓一般是9到18伏，但是所有連接到總線的設備必須能夠承受40伏。在一般情況下，微控制器與LIN總線收發(fā)或者是一個線路驅(qū)動器或與總線進行隔離。每個字節(jié)上都有一個起始位和停止位。LIN總線在空閑狀態(tài)下起始位的狀態(tài)是0停止位的狀態(tài)是1。傳輸是在每個字節(jié)里面的最低有效位。LIN總線網(wǎng)絡是由一個主節(jié)點和一個或多個從節(jié)點組成，它們都有一個發(fā)送或者接收的通信任務。LIN的通信開始是由主節(jié)點發(fā)送任務，主控制器端發(fā)送開始消息包其中含有同步斷點和同步字節(jié)的標識符。那么相應地，在接收和篩選消息標識符之后，將激活一個從節(jié)點開始消息回應。響應由2/4/8個數(shù)據(jù)字節(jié)和一個校驗和代碼組成。start和reply部分組成一個完整的消息框架。2.1.3LIN總線軟件操作LIN協(xié)議程序使用由RB0觸發(fā)的中斷來實現(xiàn)總線休眠/喚醒。當觸發(fā)中斷程序的低水平計數(shù)數(shù)據(jù)位的長度,然后讀取數(shù)據(jù)同步字節(jié)和確定時間,然后隨著時間的原始數(shù)據(jù)位相比,確定初始低電平時間大于10位的時候,超過10為同步中斷,不到10信號醒來。如果是喚醒信號，程序退出并繼續(xù)等待同步中斷。在同步中斷的情況下，程序讀取命令字節(jié)，檢查奇偶校驗位，并檢查操作表以確定下一個操作。操作表定義總線上數(shù)據(jù)的源或目標。

一開始要初始化LIN協(xié)議的從節(jié)點處理程序。初始化完成后，用戶就可以執(zhí)行自己的程序。后面檢測RB0引腳，如果發(fā)現(xiàn)下降邊緣，用戶程序就會中斷。當檢測到下拉邊緣時，程序跳轉(zhuǎn)到中斷服務程序。必須禁用除TMR0和RB0中斷之外的所有中斷源，以便準確地測量同步字段。計算波特率之后，中斷服務例程退出執(zhí)行。

下一次RB0中斷，LIN協(xié)議就將自動接收標識字段和數(shù)據(jù)字節(jié)。如果檢測到標識字段的起始位，則接收并解碼標識字段。然后根據(jù)接收到的標識(如存儲數(shù)據(jù)或點亮LED)執(zhí)行代碼。當總線上的幀完成時，將設置FCOMPLETE標志。該標志表示所有數(shù)據(jù)都已正確接收，可以稍后處理。此標志由用戶的固件清除。

由于LIN協(xié)議成本低，在汽車行業(yè)當中有很大潛力。微處理器可以使用一個內(nèi)置的RC振蕩器，并運行在各種設備上，如4MHz時鐘頻率的微芯片上，這使得設計師可以以盡可能低的成本設計應用程序。2.1.4LIN總線技術(shù)特點及優(yōu)點表2-1LIN總線的特點表及優(yōu)點表序號LIN總線技術(shù)特點LIN總線有點1單主機,多從機結(jié)構(gòu)(沒有總線仲裁)LIN是一種低端網(wǎng)絡系統(tǒng),可提供簡單的網(wǎng)絡解決方案,支持網(wǎng)絡節(jié)點的互操作性,大大減少了系統(tǒng)安裝、調(diào)試和接線的成本和時間。LIN的通信量小、配置靈活、單線連接及單主機/多從機的通信結(jié)構(gòu)通過主機節(jié)點(網(wǎng)關(guān)),可將LIN與上層網(wǎng)絡(如CAN)相連接,實現(xiàn)LIN的子總線輔助通信功能,可優(yōu)化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),提高網(wǎng)絡效率及可靠性。2確定性的信號傳輸3低成本的單線實現(xiàn)4配置的靈活性5數(shù)據(jù)校驗和的安全性和錯誤檢測6網(wǎng)絡中故障節(jié)點的檢測7基于普通UART/SCI接口的低成本硬件、低成本軟件或作為純狀態(tài)機8帶時間同步的多點廣播接收,從節(jié)點無需石英或陶瓷振蕩器9不需改變LIN從節(jié)點的硬件和軟件即可在網(wǎng)絡上增加節(jié)點2.2系統(tǒng)簡介系統(tǒng)介紹：硬件的控制系統(tǒng)主要是由一個xc8228位單片微控制器和TJA1020收發(fā)器以及一個LED驅(qū)動構(gòu)成。本系統(tǒng)主要是由一個主控制端和一個從控制端組成。主控制端通過LIN總線發(fā)送轉(zhuǎn)向燈控制信息，在從控制端上TJA1020接收到LIN總線信號后將其轉(zhuǎn)化后發(fā)送給XC822，之后由微型控制器來控制轉(zhuǎn)向燈。在從控制單元接受到信號之后按照指令要求執(zhí)行，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給主控制端。在從控制端接收到結(jié)束信號后，轉(zhuǎn)向燈在熄滅。圖2-1為系統(tǒng)的總體框圖，圖2-2為系統(tǒng)主機控制系統(tǒng)的框圖，圖2-3為從機的系統(tǒng)框圖?？傮w的系統(tǒng)架構(gòu)圖：圖2-1總體系統(tǒng)框圖從機控制單元：圖2-2從機控制單元框圖3硬件設計3.1XC8228位單片微控制器3.1.1單片機特性上電復位產(chǎn)生IO供電和內(nèi)核邏輯供電的壓降檢測用于產(chǎn)生時鐘的48MHz片上OSC可編程16位WDT），提供時鐘是由獨立振蕩器完成的，用于刷新操作的窗特性可編程設定以及溢出之前的預警功能三個端口4通道10位ADC多達4個通道，超出范圍比較器三個16位定時器周期性的喚醒定時器主要用于（MDU/CCU6）支持接口（CCU6/SSC/IIC）支持LED和觸摸感應控制器（LEDTSCU）片上調(diào)試支持，通過單引腳DAP接口（SPD）實現(xiàn)封裝：–PG-DSO-20–PG-TSSOP-16溫度范圍TA：–SAF(-40至85°C)–SAX(-40至105°C)–SAK(-40至125°C)XC822功能單元圖3-1單片機功能單元3.1.2XC822框圖圖3-2XC822框圖3.1.3XC822邏輯符號圖3-3XC822邏輯符號3.1.4XC822引腳配置圖3-4XC822引腳圖3.2TJA10203.2.1TJA1020概述\t"/item/TJA1020/_blank"TJA1020收發(fā)器是連接汽車上各個主從控制單元的芯片，是LIN總線間機傳輸?shù)膮f(xié)議控制器及接口，為了減少電磁輻射將其發(fā)送到協(xié)議控制器通過RXD銷收發(fā)器。低功耗管理模式在休眠模式下消耗更少的電流。3.2.2TJA1020工作模式TJA1020有四種工作模式：睡眠模式、準備模式、普通斜率模式、低斜率模式。每種工作模式都有他們的作用，相輔相成使得TJA1020芯片更好地工作。TJA1020在休眠模式下的線路ecu功耗非常低。運行模式為普通斜率模式和低斜率模式。準備模式是一個中間模式。在普通斜率模式下，收發(fā)機可以通過LIN總線收發(fā)數(shù)據(jù)。通過LIN收發(fā)機發(fā)送數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成總線信號。控制轉(zhuǎn)速和波形，降低電磁輻射，通過機器端內(nèi)阻將LIN總線輸出引腳變成高電平。低斜率模式中，發(fā)送器的輸出上升和下降斜時間來驅(qū)動LIN總線。模式的選擇是在LIN收發(fā)器引腳NSLP中完成。TXD是低平就是低斜率，TXD是高平就是普通斜率模式。圖3-5TJA1020引腳圖圖3-6TJA1020結(jié)構(gòu)圖3.3AP51033.3.1特點及應用表9-1AP5103特點及應用表序號產(chǎn)品特點產(chǎn)品應用1寬輸入電壓范圍：12V～60VLED電動車燈，三面摩托車前大燈，汽車工作燈，汽車長條燈，低壓球泡燈，低壓投光燈等低壓LED燈具2可設定電流范圍：10mA～3500mA3工作頻率：300KHZ4內(nèi)置抖頻電路，降低對其他設備的EMI干擾5峰值電流模式采樣，成本低性價比高60-100%占空比控制，無電流節(jié)點跳變7內(nèi)部集成智能過溫保護，輸出短路保護，過溫保護線性降電流，不閃燈不滅等，有效延長燈珠的使用壽命。3.3.2AP5103電路圖圖3-7AP5103電路圖4軟件設計4.1從機節(jié)點的軟件設計從機任務主要是來檢測RXD電平的變化的。如果再收發(fā)器上接收到了顯性電平，然后對其數(shù)據(jù)進行校驗，如果標識符不是自己本機的ID，那么就跳過，等待下一幀。主要流程為從機節(jié)點首先初始化端口、時鐘、定時器，然后進行系統(tǒng)設置，在系統(tǒng)設置下面有接收字節(jié)，檢查同步字節(jié)、波特率自動校正和從機功能模式4種狀態(tài)。但是我們要經(jīng)過接收字節(jié)到檢查同步字節(jié)、波特率的自動校正才能到從機的功能選擇，這需要看我們收到的是什么信號。從機功能模式下有3種命令模式我們接收到廣播命令的話我們就對廣播數(shù)據(jù)進行處理，接收到單機命令的話就對命令數(shù)據(jù)進行處理，假如是狀態(tài)查詢的話就返回狀態(tài)。程序的流程是這樣的。詳情見下面流程框圖。下圖為從機節(jié)點的軟件流程圖：圖4-1從機節(jié)點軟件設計圖4.2數(shù)據(jù)接收和發(fā)送設計接收數(shù)據(jù)的流程首先將串行口的速率加倍，之后設置定時器的超時保護，下面接收數(shù)據(jù)將其放入到校驗和緩沖區(qū)，全部接收完成后校驗字節(jié)，之后校驗數(shù)據(jù)。這個流程為數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)發(fā)送的流程首先是設置串行口模式為1并允許接收，后面就發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完后在發(fā)送一個校驗和字節(jié)。這就是數(shù)據(jù)發(fā)送的流程。詳細的框圖如下：數(shù)據(jù)接收流程圖：圖4-2數(shù)據(jù)接收框圖數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖：圖4-3數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖4.3收發(fā)器的工作收發(fā)器的工作主要就是確定TJA1020的工作模式。來更好讓收發(fā)器工作。其工作的流程是這樣的：首先將收發(fā)器初始化為準備模式，等待總線請求，如果有請求，那么判斷是否要用低斜率模式，判斷完成后啟動總線，總線啟動完成后就要檢測總線控制是否超時了，如果超時的話就讓收發(fā)器進入睡眠模式來降