C8051F040的車(chē)用CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)設計

電氣與電子系統是車(chē)輛的重要組成部分，其工作狀態(tài)直接影響車(chē)輛的性能。按照傳統設計思想設計車(chē)輛電氣系統時(shí)，往往采取堆積各種子系統的途徑來(lái)提高系統的性能，因此車(chē)輛內部各子系統之間單純面向任務(wù)而不考慮與全局的關(guān)系。隨著(zhù)子系統及裝置數量不斷增加，傳統設計方法遇到了一系列問(wèn)題：線(xiàn)路增多、布線(xiàn)復雜、電磁干擾增加、系統可靠性下降、檢查維修困難等。為了解決上述問(wèn)題，現代車(chē)輛采用了綜合電子系統?？偩€(xiàn)是綜合電子系統的基礎，通過(guò)總線(xiàn)節點(diǎn)，綜合電子系統可采集、使用、分配和共享車(chē)內所有電子系統的各種信息，達到弱化矛盾、增強整體功能的目的。CAN總線(xiàn)由于具有性?xún)r(jià)比高、可靠性高、實(shí)時(shí)性好、靈活性強等特點(diǎn)，得到廣泛應用。本文針對CAN總線(xiàn)，提出了一種基于C8051F040的通用總線(xiàn)智能節點(diǎn)的設計方法。

1 總體設計
本文采用C8051F040單片機作為智能節點(diǎn)的主控芯片來(lái)設計CAN總線(xiàn)通用智能節點(diǎn)。智能節點(diǎn)通過(guò)現場(chǎng)信號調整、高速數據采集獲取該節點(diǎn)下設備的參數，并通過(guò)總線(xiàn)收發(fā)器將數據發(fā)送到CAN總線(xiàn)，同時(shí)根據參數及總線(xiàn)上的其他信息和命令對設備進(jìn)行控制。通過(guò)CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)，可將車(chē)輛電氣系統各子系統及設備緊密聯(lián)系在一起，構成一個(gè)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò )，如圖1所示。

考慮到智能節點(diǎn)的通用性，經(jīng)過(guò)對車(chē)輛各子系統和設備參數進(jìn)行分析，確定了智能節點(diǎn)主要指標。
①信號輸入：8路模擬信號輸入，16路數字信號輸入，2路脈沖量輸入；
②控制信號輸出：2路模擬控制信號輸出，8路數字信號輸出；
③CAN總線(xiàn)接口：1個(gè)CAN總線(xiàn)接口(支持CAN2．0A和CAN2．0B)。

2 硬件設計
CAN總線(xiàn)節點(diǎn)有兩種設計方法，一種采用通用微控制器結合獨立CAN控制器加上收發(fā)器，另一種采用集成CAN控制器的微控制器結合CAN收發(fā)器。本文采用第二種設計方法，選用1片C8051F040單片機作為智能節點(diǎn)的主控芯片。主控芯片內部集成CAN控制器，兼容CAN2．0A和CAN2．0B，配合總線(xiàn)收發(fā)器后可完成CAN通信。此外，主控芯片還使用內部集成的A／D轉換器完成對模擬信號的采集，同時(shí)向被控設備輸出模擬和數字控制信號。主控芯片各種資源的相關(guān)情況見(jiàn)參考文獻。
智能節點(diǎn)的硬件系統包括：模擬信號采集電路、開(kāi)關(guān)信號采集電路、開(kāi)關(guān)信號輸出、LCD電路、CAN總線(xiàn)電路等。硬件原理框圖如圖2所示。

2．1 模擬信號采集電路
模擬信號采集電路用于采集受控設備輸出的模擬信號。該電路由模擬信號調整電路、SPI總線(xiàn)A／D轉換器MCP3208、高速光電耦合器2801以及外圍電路組成，其電路原理圖如圖3所示。