C8051F040的車用CAN總線智能節(jié)點設(shè)計

電氣與電子系統(tǒng)是車輛的重要組成部分，其工作狀態(tài)直接影響車輛的性能。按照傳統(tǒng)設(shè)計思想設(shè)計車輛電氣系統(tǒng)時，往往采取堆積各種子系統(tǒng)的途徑來提高系統(tǒng)的性能，因此車輛內(nèi)部各子系統(tǒng)之間單純面向任務(wù)而不考慮與全局的關(guān)系。隨著子系統(tǒng)及裝置數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)設(shè)計方法遇到了一系列問題：線路增多、布線復(fù)雜、電磁干擾增加、系統(tǒng)可靠性下降、檢查維修困難等。為了解決上述問題，現(xiàn)代車輛采用了綜合電子系統(tǒng)?？偩€是綜合電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過總線節(jié)點，綜合電子系統(tǒng)可采集、使用、分配和共享車內(nèi)所有電子系統(tǒng)的各種信息，達到弱化矛盾、增強整體功能的目的。CAN總線由于具有性價比高、可靠性高、實時性好、靈活性強等特點，得到廣泛應(yīng)用。本文針對CAN總線，提出了一種基于C8051F040的通用總線智能節(jié)點的設(shè)計方法。

1 總體設(shè)計
本文采用C8051F040單片機作為智能節(jié)點的主控芯片來設(shè)計CAN總線通用智能節(jié)點。智能節(jié)點通過現(xiàn)場信號調(diào)整、高速數(shù)據(jù)采集獲取該節(jié)點下設(shè)備的參數(shù)，并通過總線收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線，同時根據(jù)參數(shù)及總線上的其他信息和命令對設(shè)備進行控制。通過CAN總線智能節(jié)點，可將車輛電氣系統(tǒng)各子系統(tǒng)及設(shè)備緊密聯(lián)系在一起，構(gòu)成一個實時控制網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

考慮到智能節(jié)點的通用性，經(jīng)過對車輛各子系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)進行分析，確定了智能節(jié)點主要指標。
①信號輸入：8路模擬信號輸入，16路數(shù)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(shù)字信號輸出；
③CAN總線接口：1個CAN總線接口(支持CAN2．0A和CAN2．0B)。

2 硬件設(shè)計
CAN總線節(jié)點有兩種設(shè)計方法，一種采用通用微控制器結(jié)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(jié)合CAN收發(fā)器。本文采用第二種設(shè)計方法，選用1片C8051F040單片機作為智能節(jié)點的主控芯片。主控芯片內(nèi)部集成CAN控制器，兼容CAN2．0A和CAN2．0B，配合總線收發(fā)器后可完成CAN通信。此外，主控芯片還使用內(nèi)部集成的A／D轉(zhuǎn)換器完成對模擬信號的采集，同時向被控設(shè)備輸出模擬和數(shù)字控制信號。主控芯片各種資源的相關(guān)情況見參考文獻。
智能節(jié)點的硬件系統(tǒng)包括：模擬信號采集電路、開關(guān)信號采集電路、開關(guān)信號輸出、LCD電路、CAN總線電路等。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(shè)備輸出的模擬信號。該電路由模擬信號調(diào)整電路、SPI總線A／D轉(zhuǎn)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。