汽車(chē)電子電路設計圖集錦 —電路圖天天讀（144）

　　TOP1智能汽車(chē)控制系統電路設計攻略

　　智能車(chē)又稱(chēng)為無(wú)人駕駛汽車(chē)，屬于輪式移動(dòng)機器人的一種，是一個(gè)集環(huán)境感知、路徑規劃、自動(dòng)駕駛等多功能于一體的綜合系統。智能汽車(chē)技術(shù)將許多領(lǐng)域聯(lián)系在一起，如計算機科學(xué)、人工智能、圖像處理、模式識別和控制理論等。智能汽車(chē)與一般所說(shuō)的自動(dòng)駕駛有所不同，它更多指的是利用GPS 和智能公路技術(shù)實(shí)現的汽車(chē)自動(dòng)駕駛。這種汽車(chē)不需要人去駕駛，因為它裝有相當于人的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機、電子計算機和自動(dòng)操縱系統之類(lèi)的裝置，這些置都裝有非常復雜的電腦程序，所以這種汽車(chē)能和人一樣會(huì )“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動(dòng)啟動(dòng)、加速、剎車(chē)，可以自動(dòng)繞過(guò)地面障礙物在復雜多變的情況下，能隨機應變，自動(dòng)選擇最佳方案，指揮汽車(chē)正常、順利地行駛。

　　電路系統是智能汽車(chē)硬件系統的核心，對于本硬件電路系統而言，穩定性是需要優(yōu)先保證的性能指標，畢竟跑完全程才是取得成績(jì)的前提。在此基礎上，還應當綜合考慮智能汽車(chē)的動(dòng)力性、重心及電路板的緊湊性等其他指標。

　　電機驅動(dòng)模塊

　　電機驅動(dòng)模塊為智能汽車(chē)的行駛提供動(dòng)力，它的性能直接影響到后輪電機的控制性能，包括加速、減速與制動(dòng)等性能。本文采用MOSFET 驅動(dòng)芯片加全橋驅動(dòng)方案，只需合理的選擇MOSFET驅動(dòng)芯片和功率MOSFET 以保證性能即可。電路圖如圖6 所示。

　　舵機驅動(dòng)模塊

　　舵機負責智能汽車(chē)的轉向，舵機模塊能否穩定工作直接影響到智能汽車(chē)在賽道上高速行駛時(shí)的穩定性以及轉向時(shí)的靈敏度和精確度。舵機工作原理為：舵盤(pán)角位由單片機發(fā)出的PWM 控制信號的脈寬決定，舵機內部電路通過(guò)反饋控制調節舵盤(pán)角位。由于自身即為角度閉環(huán)控制，而且性能較好，故系統中就不必考慮外加舵機閉環(huán)。舵機驅動(dòng)模塊電路如圖7 所示。舵機驅動(dòng)模塊同樣屬于功率部分，用6N137光耦進(jìn)行信號隔離。

　　智能車(chē)輛是一個(gè)涉及多領(lǐng)域的復雜的綜合系統，要達到實(shí)用的目的，還要進(jìn)一步深入下研究去，還有許多工作要做。在硬件上還需要解決因攝像頭自身精度的差異或其因外部因素丟失數據導致影響智能車(chē)正常運行的問(wèn)題，增強抗干擾能力；在軟件上，還需要進(jìn)一步優(yōu)化算法，控制系統是智能汽車(chē)的核心內容，針對智能汽車(chē)的功能需求，對智能汽車(chē)控制系統關(guān)鍵模塊進(jìn)行了研究，設計的各模塊被應用于“飛思卡爾”智能汽車(chē)中，文中各圖對智能汽車(chē)的研究具有啟發(fā)作用。

　　汽車(chē)收音機應用環(huán)境的特殊性對電路性能具有更高的要求，而射頻電路的設計是實(shí)現高性能的關(guān)鍵。本文介紹了TDA7513的射頻電路設計方法，根據實(shí)際設計經(jīng)驗提出了提高射頻電路EMC特性和噪聲特性的設計方法和措施，并指出了射頻電路性能測試的注意要點(diǎn)。射頻電路是收音機電路設計的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如果射頻電路設計不好，收音機的噪限靈敏度和信噪比以及其它技術(shù)指標都會(huì )大大下降，甚至只能手動(dòng)收到很少的幾個(gè)廣播電臺，自動(dòng)搜索電臺功能失效。從收音機天線(xiàn)端的廣播信號場(chǎng)強來(lái)看，信號的動(dòng)態(tài)范圍非常大，尤其是汽車(chē)收音機所處的環(huán)境變化快而大。

　　收音機射頻電路通常很難集成進(jìn)IC 中，一般由分離元件組成前置低噪聲放大器（LNA）和諧振帶通濾波器。汽車(chē)收音機射頻電路的作用從時(shí)域上看是要將微弱的廣播信號放大，通過(guò)自動(dòng)增益控制電路（AGC）為后級混頻器提供穩定的載波信號強度；從頻域上看，它要跟蹤所選擇的電臺信號，濾除掉干擾信號如鏡像頻率（》60dB抑制）和本振頻率，改善射頻信號質(zhì)量。

　　射頻電路設計

　　圖1是我們設計的汽車(chē)收音機射頻電路方框圖，它由天線(xiàn)濾波器和射頻低噪聲放大器以及諧振帶通濾波器組成。該款汽車(chē)收音機的設計目標是噪限靈敏度為 0dBu（30dB S/N）、音頻信噪比64dB、自動(dòng)搜索靈敏度小于10dBu，具有較強的抗鄰頻道干擾和其它干擾信號能力，實(shí)現MCU全自動(dòng)調整功能。

　　圖2是汽車(chē)收音機TDA7513的FM收音機部分射頻前端電原理圖。C31、C32、D2（1SV172）、 C44組成調頻波段天線(xiàn)信號調節電路，1SV172是VHF~UHF頻段天線(xiàn)信號衰減器，它是電流控制型元件，隨著(zhù)電流的增大其阻抗減小。它受控于后級 FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電流，起控點(diǎn)為天線(xiàn)信號電平57dBu。L5、C36、V2（KV1410）、C43、R19、C45組成天線(xiàn)帶通濾波器，帶寬為12MHz左右。該天線(xiàn)濾波器可以人工用無(wú)感調批調節射頻線(xiàn)圈L5，也可以通過(guò)MCU調節變容二極管V2，從而實(shí)現自動(dòng)調整功能。

　　Q2（3SK126）、C38、R15、R20、C46、R21、C47、C41、R17組成低噪聲射頻放大器，增益為30dB。本設計中選用N溝道場(chǎng)效應管3SK126作射頻放大器具有輸入阻抗高、增益高和噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，而且是電壓控制型器件，設計簡(jiǎn)單。Q2受控于后級FM寬帶 AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電壓，起控點(diǎn)為天線(xiàn)信號電平78dBu。T3、C34、V1（KV1410）、C28、C35組成RF諧振帶通濾波器，帶寬為8MHz左右，T3為FM RF變壓器。該帶通濾波器同樣可以人工用無(wú)感調批調節T3，也可以通過(guò)MCU自動(dòng)調節變容二極管V1。接收機的接收極限是由接收機自身噪聲性能決定的，所以在收音機的射頻電路中要求盡量選用低噪聲元件。
——————

　　更多汽車(chē)電子技術(shù)設計方案請點(diǎn)擊進(jìn)入》》》

TOP2 汽車(chē)溫度控制系統電路

　　汽車(chē)溫度控制系統連接器電路

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信、信息傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展和日漸成熟， 通過(guò)信息傳感微控制器和網(wǎng)絡(luò )將物品聯(lián)接成物聯(lián)網(wǎng)， 以實(shí)現物品的自動(dòng)識別、定位、跟蹤、繼電器和管理為目標的服務(wù)已成為可能?，F代汽車(chē)中的空調一般是利用手工進(jìn)行控制的，空調只有等到司機進(jìn)入駕駛室才能開(kāi)啟或關(guān)閉，這就使得在炎熱的夏天或寒冷的冬天， 剛進(jìn)入車(chē)內時(shí)由于空調沒(méi)有開(kāi)啟，人會(huì )感覺(jué)到異常的燥熱或寒冷，因此設計和制造出能監控車(chē)內溫度并根據監測到的溫度情況來(lái)進(jìn)行提前遠程控制開(kāi)啟車(chē)內空調系統的設備便提到人們日常生活的議事日程上來(lái)，本設計就是為滿(mǎn)足這一要求而提出來(lái)的。

　　溫度采集模塊

　　系統中的溫度采集模塊采用DALLAS 公司生產(chǎn)的高精度、高可靠性的DS18B20 溫度傳感器， 它具有體積小、硬件開(kāi)銷(xiāo)低、抗干擾能力強、精度高的特點(diǎn)， 采用單總線(xiàn)數據通信， 全數字溫度轉換及輸出， 最高12 位分辨率，精度可達±0.5℃， 檢測溫度范圍為-55℃~+125℃， 因此它能滿(mǎn)足本系統的設計要求。DS18B20 與微控制器的連接電路見(jiàn)圖2 所示。

　　圖2 STC89C52RC 微控制器模塊和DS18B20 的連接電路圖

　　繼電器開(kāi)關(guān)控制模塊

　　繼電器開(kāi)關(guān)模塊由TLP521 -4 、ULN2803 和SRD -12VDC 及三極管構成， 由微控制器輸出的信號經(jīng)過(guò)三極管構成的開(kāi)關(guān)電路送往TLP521 -4 光耦芯片再通過(guò)ULN2803 達林頓管的放大后用來(lái)驅動(dòng)SRD-12DC 繼電器， 進(jìn)而達到控制空調的各種開(kāi)關(guān)的作用， 繼電器開(kāi)關(guān)控制模塊與微控制器的電路連接圖如圖3 所示。

　　圖3 繼電器控制模塊電路圖

　　TC35I 模塊

　　TC35I 模塊是Simens 推出的一款雙頻900/1800 MHz高度集成的GSM 模塊。它設計小巧、功耗很低， 可以為很多通信應用提供經(jīng)濟高效的解決方案。它支持EGS900 和GSM1800 雙頻， 數據傳輸的內容支持語(yǔ)音、數據、短消息和傳真服務(wù)， 通信接口采用RS232（ 指令和數據的雙向傳送），供電電源采用單電源3.3 V~5.5 V 的電壓， 適用的范圍包括： 便攜電腦的低功耗通信設備、遙測遙感、遠程信息處理和通信等工業(yè)領(lǐng)域。本系統中TC35I 與微控制器的電路連接圖如圖4 所示。

　　圖4 TC35I 模塊電路連接圖

　　TOP3 電源模塊設計

　　系統電源模塊采用了LM78L05 和LM2941S 兩控制器將外部12 V 的直流供電電壓轉換為系統所需要的5 V和4.2 V 的電壓， DS18B20連接電路圖如圖5 所示。

　　圖5 電源連接電路圖

　　本文就是從物聯(lián)網(wǎng)的角度出發(fā)提出一種以GSM 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為基礎， 通過(guò)溫度傳感器， 將用戶(hù)手機、汽車(chē)空調組合成一個(gè)小型物聯(lián)網(wǎng)的應用設計。專(zhuān)為基礎的設備汽車(chē)空調溫度控制系統設計方法， 經(jīng)實(shí)際的制作和調試驗證， 該系統能夠穩定、可靠地運行， 該系統還具有擴展方便、無(wú)線(xiàn)傳輸距離遠，可廣泛應用于遠距離控制領(lǐng)域。

　　智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )汽車(chē)測試系統硬件電路

　　汽車(chē)試驗是發(fā)現汽車(chē)設計開(kāi)發(fā)中各種問(wèn)題的重要手段，依據試驗結果能對汽車(chē)各種性能做出客觀(guān)的評價(jià)。作為汽車(chē)工業(yè)的基礎工程之一，汽車(chē)試驗在汽車(chē)工業(yè)的整體發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。汽車(chē)性能測試系統是汽車(chē)試驗工程的關(guān)鍵組成部分，它是由若干相互聯(lián)系、相互作用的傳感器和儀器設備等元件，為實(shí)現對汽車(chē)各項性能的測試而組成的有機整體，汽車(chē)測試系統的性能往往對整個(gè)汽車(chē)試驗的效用產(chǎn)生重要影響。

　　系統總體結構設計

　　汽車(chē)試驗主要包括動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟性、操縱穩定性和排放特性等測試項目，主要性能參數有速度、加速度、燃油消耗量、溫度以及操縱穩定性試驗中的動(dòng)態(tài)運動(dòng)參數等，通過(guò)傳感器得到的這些參數的測試信號，經(jīng)過(guò)前端處理模塊處理（整形、濾波、放大等） 后送入C805l-F020微處理器中，在單片機內部進(jìn)行模數轉換和數據處理后通過(guò)串口實(shí)現與Zigbee終端節點(diǎn)的連接，再由終端節點(diǎn)在WLAN中將數據發(fā)出，Zi-gbee中心節點(diǎn)接收到數據后經(jīng)串口與上位機進(jìn)行通訊。中心節點(diǎn)也可將上位機的命令發(fā)送給終端節點(diǎn)，控制終端節點(diǎn)執行。系統總體結構框圖如圖1所示。

　　前端處理模塊

　　傳感器將各種常見(jiàn)的非電量信號轉換為電量信號，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號進(jìn)行處理后送至單片機的A／D轉換端口。本系統共有8路傳感器信號，包括2路壓變傳感器信號、2路-5～+5 V電壓信號、2路4～20 mA電流信號和2路熱電偶信號的前端處理。其中壓變傳感器信號和熱電偶信號前端處理硬件電路分別如圖2和圖3所示。

　　AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需1個(gè)外部電阻設置增益，增益范圍為l～10 000。對壓變傳感器信號的前端處理采用AD62-0、AD705組成的放大電路，該部分采用單電源供電，AD705是電壓跟隨器，為AD620提供輸出電壓的零點(diǎn)。將VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用軟件程序實(shí)現該路信號的參考電壓和模擬地的計算。熱電偶傳感器用來(lái)測量汽車(chē)關(guān)鍵部件溫度，其前端處理電路采用OP07的可調增益放大電路。OP07是一種低噪聲、非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路，具有非常低的輸入失調電壓，低失調、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等。在對精確度要求不高的場(chǎng)合，OP07的失調電壓可忽略，該電路中R25和R24用來(lái)調整系統放大倍數，在選用不同類(lèi)別的熱電偶時(shí)可適當調整兩者的阻值。

　　TOP4 ZigBee節點(diǎn)模塊電路設計

　　汽車(chē)測試系統初步采用2個(gè)終端節點(diǎn)和1個(gè)中心協(xié)調器組成星狀網(wǎng)的拓撲結構，3個(gè)節點(diǎn)均選用SZ05-ADV型無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，Zig-bee終端節點(diǎn)和中心節點(diǎn)通過(guò)標準串口分別與C8051F020模塊和PC設備相連接，實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。SZ05-ADV是高性能嵌入式無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，其核心器件是 Freescale公司的MCl3213。它是第2代標準ZigBee無(wú)線(xiàn)通信平臺，在9 mmx9 mmxl mm 7l引腳LGA封裝中集成有低功耗的2．4 GHz RF收發(fā)器和8位微控制器，MCl3213器件具有60 kB的閃存，MCl32lx解決方案能在簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)連接到完整的ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )中用作無(wú)線(xiàn)連接，小占位面積封裝中的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器和微控制器的組合使其成為成本效益的解決方案，MCl321x中的RF收發(fā)器工作在2．4 GHzISM頻段，和802．15．4標準兼容，收發(fā)器包括低噪音放大器，1 mW的RF輸出功率，帶VCO的功率放大器（PA），集成的發(fā)送／接收開(kāi)關(guān)，板內的電源穩壓器以及完全的擴展頻譜的編碼和譯碼，MCl32lx中的微控制器基于HCS08系列微控制器單元（MCU），HCS08 A版本，高達60 kB的閃存和4 kB的RAM。

　　SZ05-ADV嵌入式無(wú)線(xiàn)通信模塊集成有符合ZIGBEE協(xié)議標準的射頻收發(fā)器和微處理器，其數據接口包括：TTL電平收發(fā)接口、標準串口RS2-32 數據接口，可以實(shí)現數據的廣播方式發(fā)送和目標地址發(fā)送模式。除可實(shí)現一般的點(diǎn)對點(diǎn)數據通信功能外，還可實(shí)現多點(diǎn)之間的數據通訊。其模塊連接電路如圖4所示。DATA、RUN、NET、ALARM為SZ05-ADV無(wú)線(xiàn)通信模塊的4個(gè)工作狀態(tài)指示端口，分別是數據收發(fā)、系統運行、網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)和告警。 SLEEP引腳用來(lái)控制系統進(jìn)入低功耗狀態(tài)，低電平進(jìn)入低功耗，高電平或懸空正常運行。

　　485CTL引腳是485收發(fā)控制，模塊485接收時(shí)低電平輸出，發(fā)送時(shí)高電平輸出。CENTER、DEVICE引腳是節點(diǎn)功能配置接口，均為低電平有效，或分別與引腳TIao7、TIao8接跳線(xiàn)帽實(shí)現，如這2個(gè)引腳都為高電平或懸空則為路由節點(diǎn)。CONFIG引腳是配置接口，低電平有效，或加跳線(xiàn)帽，可在超級終端中進(jìn)入系統配置狀態(tài)。模塊標準工作電壓為DC-5V，正常工作電壓范圍為5～12V。數據接口有RS-232和TTL收發(fā)2種接口模式。 RS-232串口為T(mén)X2、RX2、SGND三線(xiàn)工作模式，TTL為T(mén)X1、RXl兩線(xiàn)工作模式，TTL電平為3．3V。RESET進(jìn)入低電平狀態(tài)3s，系統進(jìn)入配置狀態(tài)，高電平或懸空狀態(tài)則進(jìn)入工作狀態(tài)。

　　本文設計的基于C805lF020和Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的汽車(chē)測試系統實(shí)現了汽車(chē)試驗中數據的無(wú)線(xiàn)傳輸，簡(jiǎn)化了試驗現場(chǎng)布線(xiàn)，提高了試驗效率，實(shí)驗證明了該系統取代傳統汽車(chē)測試系統的可行性，同時(shí)系統的擴展也比較容易，可以實(shí)現更多功能。本研究側重于Zigbee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的應用開(kāi)發(fā)，可為Zigbee技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò )中的應用提供一定的參考，但局限于軟件程序系統和試驗的電磁干擾，該系統的同步機制和抗干擾性能有待于進(jìn)一步研究。

　　汽車(chē)駕駛胎壓監測系統電路設計

　　本文就重型車(chē)輛上整合TPMS與汽車(chē)行駛記錄儀等汽車(chē)安全配件，提出一種全新的實(shí)現方法，以一個(gè)電控單元統一協(xié)調管理取代以往多個(gè)汽車(chē)安全用品單獨控制，形成汽車(chē)安全電控系統。整個(gè)汽車(chē)安全電控系統由胎壓監測系統、倒車(chē)雷達裝置、汽車(chē)行駛記錄儀等組成，所有裝置均掛接于CAN總線(xiàn)上，共享儀表盤(pán)顯示。其中重點(diǎn)介紹TPMS的實(shí)現原理。接收顯示部分的軟件由源碼公開(kāi)的微型實(shí)時(shí)操作系統uCOS-II來(lái)管理，使整個(gè)系統的實(shí)時(shí)性，可靠性進(jìn)一步提高。

　　系統各功能模塊設計

　　發(fā)射模塊

　　圖2 發(fā)射模塊的傳感器連接電路

　　發(fā)射模塊安裝在輪胎內，其測量檢測部分連接電路如圖2所示。傳感器采用Infineon公司的硅壓阻式壓力傳感器SP12T，該芯片胎壓測量范圍為 50~1400KPa，是一款專(zhuān)門(mén)為重型車(chē)設計的傳感器。SP12T內部集成了壓力傳感器、溫度傳感器和電壓傳感器，提供精確的輪胎狀態(tài)信息。 908RF2使用內部振蕩器，提供這個(gè)單片機的工作時(shí)鐘，增強抗干擾能力。SP12T與908RF2之間通過(guò)SPI接口相連。908RF2內部集成發(fā)射芯片MC33493，使整板面積、成本降低，同時(shí)可靠性更高。發(fā)射采用曼徹斯特編碼方式，FSK的調制方式，發(fā)射頻率433.92MHz.

　　接收顯示主節點(diǎn)

　　接收顯示模塊主芯片采用FREESCALE的16位單片機MC9S12DP256，具有5 個(gè)CAN接口，2個(gè)串口，8路增強型定時(shí)器等豐富的內部外設，為系統的升級留下較大的空間。CAN0接口用于接收中轉模塊發(fā)送的信息。接收芯片 MC33594接收距離較近的兩前輪的射頻信號，并解碼后以SPI傳輸協(xié)議送給MC9S12DP256.CAN接口芯片采用MAXIM公司的 MAX3050， 為總線(xiàn)提供差分發(fā)射能力，為CAN控制器提供差分接收能力。

　　本設計硬件上將可靠性高的CAN總線(xiàn)傳輸與直接式胎壓監測系統的無(wú)線(xiàn)傳輸結合，CAN傳輸避免了用無(wú)線(xiàn)中轉模塊引起的相互之間干擾問(wèn)題。系統完全實(shí)現胎壓監測的所有功能，有著(zhù)廣大的實(shí)際應用市場(chǎng)。整體可靠性高，穩定性好，成本低，利于移植，方便添加其他功能。

　　TOP5 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速表電路設計

　　本例介紹的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速表，以單結晶體管和集成運算放大器為主要元器件制作而成，

　　電路工作原理：該汽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速表電路由弛張振蕩器、微分電路、比較放大器和電流表驅動(dòng)電路組成，如圖所示。

　　弛張振蕩器電路由電阻器rl-r3、電容器cl和單結晶體管vu組成。

　　CAN 總線(xiàn)接口電路主要包括：?jiǎn)纹瑱C、控制器接口、總線(xiàn)收發(fā)器和看門(mén)狗電路等。采用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000控制器和與其配套的 82C250CAN收發(fā)器。按照CAN總線(xiàn)物理層協(xié)議選擇總線(xiàn)介質(zhì)，設計布線(xiàn)方案，連接成CAN網(wǎng)絡(luò )。雙絞屏蔽線(xiàn)可設兩套，在兩套介質(zhì)上同時(shí)進(jìn)行信息傳輸，接收方只用一個(gè)介質(zhì)。在冗余和非冗余段的連接臨界點(diǎn)處進(jìn)行總線(xiàn)切換。

　　硬件電路的設計主要是CAN 通信控制器與微處理器之間和CAN總線(xiàn)收發(fā)器與物理總線(xiàn)之間的接口電路的設計。CAN通信控制器是CAN總線(xiàn)接口電路的核心，主要完成CAN的通信協(xié)議，而CAN總線(xiàn)收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線(xiàn)，降低射頻干擾（RFI），實(shí)現熱防護等?？撮T(mén)狗電路主要是實(shí)現對電路的監控和復位作用。

　　目前廣泛流行的CAN總線(xiàn)器件有兩大類(lèi)：一類(lèi)是獨立的CAN控制器，如82C200、SJA1000及 Intel82526/82527等，另一類(lèi)是帶有在片CAN的微控制器，如P8XC582及16位微控制器87C196CA/CB等。本課題選取 PHILIPS公司的SJA1000 CAN控制器以及82C250總線(xiàn)收發(fā)器，主要是考慮到SJA1000支持CAN 2.0A/B規約。而82C250可以支持110個(gè)CAN節點(diǎn)，并且國內市場(chǎng)上PHILIPS的產(chǎn)品型號比較多，購買(mǎi)比較方便。

　　單片機最小系統

　　本設計中，應用到單片機為ATMEL公司51系列的89C51，該型號的單片機應用廣泛，技術(shù)成熟，市場(chǎng)上價(jià)格便宜，而且在學(xué)習中所學(xué)到的多為該型號，在本次設計中是首選的芯片。89C51單片機作為系統的核心控制部分，但在本設計中不是重點(diǎn)講解內容，其相關(guān)技術(shù)應用和引腳特點(diǎn)功能等，可參照其他相關(guān)資料。設計的電路原理方框大致如下圖所示。設計中為避免出現時(shí)鐘信號的沖突，對單片機的外接晶振引腳XTAL1、XTAL2不接上外圍電路，而是通過(guò)控制器 SJA1000的時(shí)鐘信號腳反饋給單片機。同時(shí)，對單片機的復位信號處理，RST引腳接上X5045P的RST腳，復位信號可由X5045P輸出，在 X5045P芯片看門(mén)狗外圍電路的作用下，減少了以往由電阻、電容組成的簡(jiǎn)易復位電路造成的不精確、延時(shí)高等不良作用，使單片機回復到初始狀態(tài)，完成復位操作。由于在該電路中要用到單片機的存儲作用，存儲由SJA1000傳輸過(guò)來(lái)的處理數據。因此，腳/EA接上高電平，選用片內ROM。對ALE腳，也即地址鎖存有效信號除數端是和控制器 SJA1000的ALE腳接通。

　　圖2-2 單片機最小系統

　　基于SJA1000的控制電路設計

　　控制器SJA1000作為本接口電路中的控制部分，應用本設計中，對于SJA1000和單片機的連接，引腳AD0~AD7是和89C51的輸出輸入腳 P0.0～P0.7相接；SJA1000的片選信號腳/CS必須由微控制器的P2.7口控制否則這個(gè)片選輸入必須接到VSS 也可以通過(guò)地址解碼控制例如當地址/數據總線(xiàn)用于其他外圍器件，ALE對應ALE，讀/寫(xiě)輸入腳/WR、/RD，/INT和單片機的/INT0連接，由于在該系統中要用到相同的時(shí)鐘頻率，所以我們要時(shí)鐘信號引腳CLKOUT和單片機的XTAL1腳相連，達到頻率一致的目的；而在復位信號的處理，可以在看門(mén)狗外圍電路的RST信號輸出后再通過(guò)和非門(mén)電路的相連，很好的實(shí)現了電路的復位作用。而對于控制器的收發(fā)引腳TX0，TX1與RX0，RX1，在本系統中 TX0、RX0可和收發(fā)器82C250的TXD、RXD接通。同時(shí)，在和CPU接口中SJA1000 支持對兩個(gè)著(zhù)名的微型控制器系列的直接連接80C51 、68xx 。通過(guò)SJA1000 的MODE 引腳可選擇接口模式Intel 模式 MODE 高；Motorola 模式 MODE 低。在Intel 模式和Motorola 模式里地址/數據總線(xiàn)和讀/寫(xiě)控制信號的連接。本設計中，正是使用Intel模式。對SJA1000的Vdd1～Vdd3電源輸入腳，外接上驅動(dòng)+5V電壓；而Vss1～Vss3輸出接地。設計中，對SJA1000提供16Mkz的晶振。

　　圖2-4 SJA1000控制電路

　　TOP6 基于82C250收發(fā)電路設計

　　82C250是CAN控制器與物理總線(xiàn)間的接口，可以提供對總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收能力，與IS011898標準完全兼容，并具有抗汽車(chē)環(huán)境下的瞬間干擾、保護總線(xiàn)的能力。設計中，收發(fā)器的接受、發(fā)送腳原理上要和SJA1000的發(fā)送、接受腳相連接。但這樣一來(lái)，兩者的電氣不一致，造成電氣隔離，給通信帶來(lái)麻煩。為此，在它們之間接上高速光耦合器6N137，避開(kāi)了電氣隔離，更好的實(shí)現通信聯(lián)系。82C250的TXD、RXT就對應接上6N137的輸出腳OUT和輸入腳 IN；腳Rs作為斜率控制電阻輸入端，電阻的大小可以割據總線(xiàn)通信速度適當調整一般在16～140KΩ之間，設計中Rs阻值為47KΩ。在通過(guò)接一個(gè) 47K電阻分流之后，可以接地。電壓引腳Vcc，其電源電壓：4.5V〈 Vcc〈 5.5V，在設計中采用5V電壓。Vref作為基準電壓輸出端，設計中可以接地。而CANH，CANL腳是信號的輸入輸出，實(shí)現對電平信號的傳送，通過(guò)它們連接上雙絞線(xiàn)，完成通信傳輸。

　　基于X5045P的電路設計

　　X5045P在本設計中做為復位、監控電路使用，雖然增加了電路連接的復雜和成本，但對于電路的穩定和可靠性有起到很大的作用，是系統中不可缺少的部分。對X5045的操作是通過(guò)4根口線(xiàn)CS、SCK、SI和SO進(jìn)行同步串行通信來(lái)完成的。SCK是外部輸入的同步時(shí)鐘信號。在對芯片定改指令或數據時(shí)，時(shí)鐘前沿將SI引腳信號輸入；在讀郵數據時(shí)，時(shí)鐘后沿將數據位輸出到SO引腳上。數據的輸入/輸出都是高位在先。在設計中，/CS腳和單片機P1.0、 SI、 SCK、SO、RST分別與單片機的引腳P1.0~P1.3、RST連接。對于不用到的引腳，可以直接和地相連。電路設計如下：

　　圖2-10 X5045P電路監控、復位電路

　　欲了解視頻監控相關(guān)解決方案與電路圖設計，可關(guān)注電子發(fā)燒友榮譽(yù)出品的Designs of week欄目：

　　電源電路設計

　　設計中，對系統的電源都一致采用DC+5V電壓，光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源Vcc和Vdd必須完全隔離。為此，設計電源如下所示：

　　圖2-11 電源電路

　　它由AH805升壓模塊及FP106升壓模塊組成。AH805是一種輸入1.2～3V，輸出5V的升壓模塊，在3V電池供電時(shí)可輸出100mA電流。 FP106是貼片式升壓模塊，輸入4～6V，輸出固定電壓為29±1V，輸出電流可達40mA，AH805及FP106都是一個(gè)電平控制的關(guān)閉電源控制端。兩節1.5V堿性電池輸出的3V電壓輸入AH805，AH805輸出+5V電壓，其一路作5V輸出，另一路輸入FP106使其產(chǎn)生28～30V電壓，經(jīng)穩壓管穩壓后輸出+12V電壓。從圖中可以看出，只要改變穩壓管的穩壓值，即可獲得不同的輸出電壓，使用十分靈活。FP106的第⑤腳為控制電源關(guān)閉端，在關(guān)閉電源時(shí)，耗電幾乎為零，當第⑤腳加高電平2.5V時(shí)，電源導通；當第⑤腳加低電平0.4V時(shí)，電源被關(guān)閉?？梢杂秒娐穪?lái)控制或手動(dòng)控制，若不需控制時(shí)，第⑤腳與第⑧腳連接。

　　接口電路總體電路原理圖

　　在本電路原理中，控制單元以單片機AT89C51為核心，選用器件SJA1000作為CAN控制器，并選用芯片82C250和6N137、X5045P作為CAN控制器接口和光耦合隔離、復位電路。在實(shí)際中，應注意以下幾個(gè)問(wèn)題

　　1. SJA1000的中斷請求信號INT在中斷允許且有中斷發(fā)生時(shí)，由高電來(lái)此跳變到低電平，所以INT和AT0C51的INT0直接相連。片選信號CS和單片機引腳P2.7相連，當CS接到低電平時(shí)，SJA1000被選中，CPU可對SJA1000進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。為了增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力。 SJA1000的TX1腳懸空，RX1引腳的電位必須維持在約0.5VCC上，否則，將不能形成CAN協(xié)議要求的電平邏輯。

　　2. SJA1000的TxD和RxD并不是直接與82C250的TxD和RxD相連而是通過(guò)高速光耦合6N137后與82C250相連，這樣就可以很好的實(shí)現了總線(xiàn)上個(gè)CAN節點(diǎn)的電氣隔離，不過(guò)應該特別說(shuō)明一點(diǎn)的是光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源Vcc和Vdd必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意思。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5V隔離輸出的開(kāi)關(guān)電源模塊實(shí)現，這些部分雖然增加了節點(diǎn)的復雜，但是卻提高了節點(diǎn)的穩定性和安全性，保護 CAN控制器正常工作。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)標準及其技術(shù)日益成為國際自動(dòng)控制領(lǐng)域關(guān)注的一大焦點(diǎn)，其原因是它改變了傳統控制系統的結構，形成了全新的網(wǎng)絡(luò )集成分布式控制系統。在我國，現場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)發(fā)展到推廣應用階段，中國已經(jīng)成為各種現場(chǎng)總線(xiàn)激烈爭奪的重要戰場(chǎng)。因此研究現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其產(chǎn)品就顯得尤為重要。本文正是基于控制器 SJA1000和82C250收發(fā)器的基礎上，外接上看門(mén)狗電路芯片X5045P及高速光耦合器6N137，設計CAN總線(xiàn)接口電路，該電路理論上很好的實(shí)現了設計原理要求。該設計簡(jiǎn)單明了，在電路實(shí)現時(shí)，還需考慮各模塊間的接地、屏蔽等諸多問(wèn)題。PCA82C250提供對物理總線(xiàn)的符合CAN電氣協(xié)議的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，另外，它具有的電流限制電路，還提供了對總線(xiàn)的進(jìn)一步的保護功能。通過(guò) 82C250與物理總線(xiàn)進(jìn)行連接，可使總線(xiàn)支持多達110個(gè)節點(diǎn)的掛接。對于CAN控制器及帶有CAN總線(xiàn)接口的器件，82C250并不是必須使用的器件，因為多數CAN控制器均具有配置靈活的收發(fā)接口并允許總線(xiàn)故障，只是驅動(dòng)能力一般只允許20～30個(gè)節點(diǎn)連接在一條總線(xiàn)上。