C8051F040的車用CAN總線智能節(jié)點設(shè)計

模擬信號調(diào)整電路可用于測量模擬電壓信號、模擬電流信號以及電阻信號。以連接到MCP3208第1通道的電路為例：當(dāng)R2斷開，R4和R1連接適當(dāng)阻值的電阻時，該電路可用于測量模擬電壓信號；當(dāng)R2斷開，R4短路，R1連接采樣電阻時，該電路可用于測量模擬電流信號；當(dāng)R1斷開，R4短路，R2連接適當(dāng)阻值的電阻時，該電路可用于測量電阻信號。R5與二極管D1和D2組成保護(hù)電路。R6、R9及C4組成分壓和濾波電路。
為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠工作，控制模塊的數(shù)字地與模擬地嚴(yán)格分開。因此，模塊沒有使用C8051F040內(nèi)部集成的A／D轉(zhuǎn)換器，而是使用外部SPI總線A／D轉(zhuǎn)換器MCP3208。MCP3208是12位逐次逼近型模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有片上采樣和保持電路。該A／D轉(zhuǎn)換器使用與SPI協(xié)議兼容的簡單串行端口與主控芯片相連，轉(zhuǎn)換速率可高達(dá)100 ksps。主控芯片C8051F040是8位單片機(jī)，其SPI端口要求以8位數(shù)據(jù)為一組來收發(fā)數(shù)據(jù)。同時，為了與MCP3208通信，將主控芯片SPI口設(shè)置為主方式，時鐘下降沿輸出數(shù)據(jù)，時鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù)。
設(shè)計中，8路模擬信號經(jīng)調(diào)整后與MCP3208的8個模擬輸入端相連。A／D轉(zhuǎn)換器的電源與參考電壓輸入端通過電感L1與5 V電源相連，模擬地通過電感L2與5 V電源地相連，以減小電源擾動對A／D轉(zhuǎn)換的影響。同時，MCP3208的SPI接口與單片機(jī)之間也使用光電耦合器隔離，從而保證數(shù)字地與模擬地嚴(yán)格分開。圖中只給出了MOSI與MISO光耦隔離的原理圖，SCLK與CS隔離的原理相同。
2．2 開關(guān)信號采集電路
開關(guān)信號采集電路用于采集受控設(shè)備輸出的開關(guān)信號。該電路由光電耦合器2801及其外圍電路組成，其電路原理圖如圖4所示。當(dāng)外部開關(guān)信號的高電平信號接于開關(guān)信號采集電路輸入端時，光耦內(nèi)部發(fā)光二極管工作，光敏三極管導(dǎo)通，光電耦合器輸出低電平信號。主控芯片通過I／0口掃描光電耦合器輸出端即可采集開關(guān)信號。R1、R2、C1組成輸入分壓濾波電路。

2．3 CAN總線接口電路
由于C805lF040內(nèi)部集成了CAN總線控制器，外電路中只要設(shè)置總線收發(fā)器即可完成通信。CAN總線接口電路用于完成CAN總線通信，由總線收發(fā)器VP251、光電耦合器0211及外圍電路組成，其電路原理圖如圖5所示。

CAN總線接口電路采用VP251作為總線收發(fā)器，該收發(fā)器主要用于單端信號與差動信號之間的相互轉(zhuǎn)換。此外，單片機(jī)最小控制電路與總線收發(fā)器之間采用光電耦合器隔離，以提高系統(tǒng)工作的可靠性。光電耦合器采用2片高速光耦O211，1片用于接收，1片用于發(fā)送。
2．4 開關(guān)信號輸出電路
開關(guān)信號輸出電路用于向外部被控對象輸出驅(qū)動信號。該電路由光電耦合器2801組成，其電路原理圖如圖6所示。當(dāng)開關(guān)信號輸出電路接收到低電平信號時，光耦內(nèi)部發(fā)光二極管工作，光敏三極管導(dǎo)通，光電耦合器輸出低電平信號。

2．5 電源電路
電源電路用于向其他功能電路供電。電源由輸入濾波器CXDB2、電源模塊PWB2405、三端穩(wěn)壓器AMS1117及外圍電路組成，其電路原理圖如圖7所示。