基于CAN总线的汽车仪表设计研究

文章摘要：2．2 系统硬件设计仪表采用Luminarv公司的LM3S2948处理器。这是一款基于ARMCortexM3内核的微处理器，采用32位RISC，内嵌CAN控制器、模数转换器(ADC)、模拟比较器等功能模块，减少了外围电路，降低了系统设计成本。LM3S2948处理器内置CAN模块方便了CAN总线数据的传输，同时使仪表的通信容易实现，提高了可靠性。其内置CAN模块具有以下特点：支持CAN 2．0B协议并支持符合SAE J1939协议的扩展帧的报文传输：位速率可高达l Mb／s；具有32个报文对象，每个对象都具有自己的标识符屏蔽码；包含可屏蔽中断，针对时间触发的CAN(1TrCAN)应用，可选择禁止

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　　2．2 系统硬件设计

　　仪表采用Luminarv公司的LM3S2948处理器。这是一款基于ARMCortexM3内核的微处理器，采用32位RISC，内嵌CAN控制器、模数转换器(ADC)、模拟比较器等功能模块，减少了外围电路，降低了系统设计成本。LM3S2948处理器内置CAN模块方便了CAN总线数据的传输，同时使仪表的通信容易实现，提高了可靠性。其内置CAN模块具有以下特点：支持CAN 2．0B协议并支持符合SAE J1939协议的扩展帧的报文传输：位速率可高达l Mb／s；具有32个报文对象，每个对象都具有自己的标识符屏蔽码；包含可屏蔽中断，针对时间触发的CAN(1TrCAN)应用，可选择禁止自动重发送模式；通过CANOTx和CANORx引脚与外部CAN PHY无缝连接；具有可编程的F1F0模式。

　　LM3S2948微处理器具有运算速度快、功耗小、体积小、价位低等特点。其CAN控制器模块特性完全满足CAN总线汽车仪表的应用要求。该处理器具有强大的处理能力，在车辆的各种工况下都能够实时反映车辆信息，同时该处理器具有很大的可扩展空间，有利于后续开发。

　　由于LM3S2948内置CAN控制器模块，所以只需外接一个CAN收发器即可接收总线数据。该仪表选用CTM8251T作为CAN收发器。CTM8251T是一款通用的带隔离的CAN收发器，该器件内部集成所有必需的CAN隔离及CAN收发器。该器件可连接任何一款CAN协议控制器，实现CAN节点的收发与隔离功能。该器件设计体积小，集成度高，可取代传统的CAN收发器及其外围电路，降低了电路的复杂程度，减少了设计成本，如图2所示。

　　仪表采用VID6606驱动器驱动步进电机。每片VID6606可同时驱动4路步进电机。在其频率控制端输入脉冲序列F(SCX)，即可控制输出端使步进电机的输出轴以微步转动，每个微步电机输出轴转动1／12(°)，最大角速度可达600(°)／s。该电机驱动器具有以下特点：硬件微步驱动、简单易用，电机只需速度F(sex)和方向(CW／CCW)2个控制端、所有输入引脚都有干扰过滤器、宽工作电压、低电磁干扰辐射。仪表板指针采用VID-29电机驱动，电机内置减速比180／1的齿轮系，能够将数字信号直接准确地转为模拟的显示输出。该电机具有很高的显示精度，其步距角最小可达到1／2(°)。图3所示为VID6606驱动仪表电路。

　　该仪表利用LCD显示时间、燃油消耗量以及产生故障时故障名称，处理器发送的信号先经74HC245功率放大后，然后送至液晶屏F2000LCD显示。LCD电路如图4所示。

　　2．3 系统软件设计

　　系统软件设计分为主程序、CAN通信、数据采集处理和数据显示等4个模块。主程序模块通过调用各个子模块程序来处理数据处理：CAN通信模块负责发送和接收数据；数据采集及处理模块完成对各种类型数据的采集以及计算；数据显示模块将车速、油压以及信号灯等信息显示在仪表上。

　　图5为系统主程序流程，该系统主程序流程分为：1)系统初始化。系统初始化主要包括初始化系统时钟、CAN节点、LCD液晶屏、步进电机等，并使能CAN中断，设置CAN屏蔽码和验收码。CAN节点初始化主要是初始化CAN控制器并中断CAN控制器：2)读取传感器以及CAN总线数据，并驱动指针以及LCD等显示，同时等待CAN接收中断。3)CAN接收中断产生，进入接收中断子程序读取数据。判断数据是否符合数据接收条件，如果符合，则接收数据。此过程逐位比较接收到的29位标识符与验收码、屏蔽码，只有标识符相应位与验收码相应位相同，系统才开始接收数据。4)处理器将接收的报文进行解析，提取需要的数据并进行处理。处理器对传感器传来的数据和CAN总线读取的数据进行处理计算，得到相应的指针驱动参数，计算出指针转角，并根据初始化的步进电机的参数计算出指针转动速度。指针转动速度与相应的参数变化速度成正比。同时计算出车辆行驶里程并累加到总路程上。5)处理器将包含车辆工况的一组脉冲序列发送至步进电机驱动器，驱动器驱动步进电机以微步方式转动，指示出相应的发动机转速、车速、水温以及油压等；处理器将包含车辆总路程等信息的数据发送至LCD控制器，控制器控制LCD显示相应的总路程等：处理器改变相应的I／O引脚状态直接点亮／关闭相应的指示灯。

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