CAN总线的汽车仪表总程介绍nuv.docx

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1、引言：随随着汽车车制造业业的蓬勃勃发展，其其在我国国制造业业界的龙龙头地位位越来越越明显。为为进一步步增加汽汽车生产产的国产产化程度度，作为为汽车核核心技术术的自主主产权就就迫切地地提到我我国汽车车发展的的战略日日程上来来。带CANN总线的的车载仪仪表系统统就是基基于这一一理念，迎迎合当今今潮流，在在众多国国内汽车车制造商商的急切切关注下下，作为为我国汽汽车业的的一项科科技含量量高起点点的自主主技术知知识产权权的产品品研发出出来。该该电子系系统的特特殊优点点其一，它它将以前前的模拟拟组合的的各分离离式仪表表数字化化式的统统一管理理起来。在提高了仪表的稳定性、精度，提高了仪表寿命的同时大大地降低

2、了制造成本；其二, 它在汽车仪表内引入了CAN总线,将系统设计成开放式,易嵌入式的结构，在减少了系统的线索，提高了系统抗干扰性的同时,大大地增加了系统内的数据流量, 保正了车载仪表的实时性。简化了仪表系统和汽车中央控制中心的接口。已研研发出来来的该套套电子仪仪表系统统,不紧填填补了我我国车载载仪表无无全数字字化的空空白，同同时它也也是一个个有着广广泛的市市场行情情,可持续续性发展展的企业业项目。车载载仪表系系统要处处理的参参数和硬硬件工作作原理框框图一车车载仪表表系统要要处理和和显示的的参数该仪仪表系统统是被安安置在驾驾驶员和和方向盘盘前,主要是是向驾驶驶员集中中提供行行进中的的车辆的的行驶状

3、状况。车辆辆的行驶驶状况在在此表述述为一系系列参数数。这其其中的一些参参数须以以表针的的形式实实时的指指示给驾驾驶员,另外的的一些参参数须以以数字形形式实时时的显示示给驾驶驶员。本仪仪表系统统设计成成一个总总表盘。总表盘上要以表针指示的主要参数有：1）发动机冷却水的温度、2）油箱中的油量、3）发动机的转速、 4）汽车实时行使速度。仪表表盘上要要以液晶晶显示的的参数有有： 11）发动机机的转速速、 22）汽车车实时行行使速度度、 33）行车车时间和和车行总总里程(此片液晶晶片上所所显示的的数据可可以翻页页)。电路最最大可同同时点亮亮16位液液晶数码码管，此此外仪表表盘上还还要有各各向车行行方向指

4、指示灯、转转向灯、仪仪表盘背背光显示示灯等。该仪仪表系统统的主要要工作、任任务是：通过温温度传感感器将汽汽车发动动机冷却却水的温温度、通通过油浮浮子或磁浮开开关传感感器将汽汽车油箱箱中的余余油量、通过高速、低速霍尔传感器将汽车内燃机的转速和汽车的实时行使速度转换为脉冲周期, 经过CPU 的A/D转换处理和CCP的脉宽捕捉处理, 处理结果用四个步进电机带动四个表针，实时地指示给车驾驶员, 同时发动机转速,车行驶速度,车行驶里程,三个参数还须以液晶数码管，可数字式地显示出来。此外汽车的门控制显示灯，左右转向, 前后行驶, 以及汽车的刹车灯, 当环境光线暗下后仪表盘须制动开启的背光灯等,都须以发光管

5、的形式反应到仪表盘上。此外系统还需每隔一段时间记录并同时备份一次行车里程数到串行存储器中。二车车载仪表表系统硬硬件电路路工作原原理和原原理图本系系统中心心选型的的单片机机是美国MIICROOCHIIP公司司生产的的工业级级PICC18FF4588。可以以说, PICC18FF4588是一款款专为车车载仪表表系统量量身订定定做的单单片机。虽然CPU PIC18F458的外围接口是8位的, 但内核总线结构确是16位的。准确的说 PIC18F458是一款准16位单片机，即它既具有8位单片机接口简单特点同时它又具备16位单片机的运算能力。该单片机指令系统采用流水指令,且内部集成了8位硬乘法器, 所以该

6、款单片机运算速度快, CPU强壮,弥补了低档PIC系列单片机运算能力不足的缺点。且I/O口的驱动电流大于2mA, 可直接用于驱动数码管, CPU芯片带载能力极强。另外该单片机还可进行8路，十位精度的A/D转换。该款单片机的程序和数据存储结构较一般的单片机有所不同, 其空间设计的都特别大, 总体来说,有4K的数据存储器和2M的程序存储器空间, 内存空间为哈福结构,数据空间和程序空间可独立寻址。就4K的数据存储器管理而言,分为16个页面,每页面为256个字节。 2M的程序存储器空间管理,类似于8088/8086,2M的程序存储器空间管理,分为堆栈和物理地址二个部分(因篇幅,这里不展开叙说)。这款单

7、片机内存管理有很有特点, 之所以这样做,不单单是为了增加内存空间,更为重要的是有利于嵌入式操作系统的移植。就这款单片机而言, 系统如采用目前较流行的商用嵌入式操作系统则无需外扩存储芯片。该款款单片机机专为车车载仪表表设计,它包含含了一般般16位单单片机所所含的内内核的同同时, 它的内内部还封封装了一一个2556字节节的可用用电擦除除的串行行存储器器。虽然然该存储储器采用用SOCC封装,和CPUU内核封封装在同同一芯片片内, 但接口口仍采用用I2CC总线的的方式。本本仪表系系统设计计,因需要要,外扩了了一片FFLASSH串行行存储器器24LLC011,以记录录一些较较重要的的车辆信信息。用用I2

8、CC总线的的方式向向24LLC011写数据据的同时时可以镜镜象复制制一份数数据到该该CPUU芯片内的的串行存存储器中中,这样可可以将重重要的数数据保二二份,一份在在CPUU内,一份在在CPUU外。这这样既防防止了重重要数据据丢失,也防止止了车辆辆信息数数据被人人为做假假。下面面分五个个子图简简介该车车载仪表表电子系系统的工工作原理理和具体体的实现现电路。1） CPUU单片机机 PIIC188F4558应用用工作原原理系统统图和接接线图图一一CPUU单片机机 PIIC188F4558应用用系统接接线图：注: CCCP1为为脉冲宽宽度捕捉捉器,EECCPP1为增增强型脉脉冲宽度度捕捉器器图一一为C

9、PPU工作作原理与与系统电电路图, 该电电路系统统由单片片机芯片片 U11和七大大电路模模块组成成。本系系统选用用的单片片机是PPIC118F4458, DDIP封封装，四四十个管管脚。从从U1图表表的标识识中可以以较直观观地、大大至地看看出U11芯片各管管脚的功功能。七七大模块块是：一一，四个个仪表步步进电机机控制模模块、二二，双脉脉宽信号号捕捉模模块、三三，液晶晶显示模模块、四四，CAAN收发发驱动模模块、五五，仪表表键盘扩扩展模块块、六，信信号指示示灯控制制模块、七七，A/D转换换控制模模块。系系统还扩扩展了一一片244LC001B，FLAASH串串行存储储器,该串行行存储器器通过II2

10、C总总线和CCPU相相连，用用来记录录汽车的的身份，行行车总里里程等。图图中 QQ1是STOO-233封装的的单片机机的上电电复模块块。仪表表步进电电机控制制模块用用的是MMOTOOROAALTEER公司司专为驱驱动仪表表指针的的步进电电机设计计的专用用芯片XXI20027。该该芯片带带载能力力强，可可同时驱驱动四个个带仪表表指针的的步进电电机。本本系统用用它驱动动显示汽汽车车速速的步进进电机；显示汽汽车发动动机转速速的步进进电机；显示汽汽车冷却却水温的的步进电电机；显显示汽车车车箱油油位步进进电机。两路路脉宽信信号捕捉捉模块是是本电子子系统的的工作中中心。汽汽车车速速和汽车车发动机机转速是是

11、该仪表表系统关关于车况况要重点点显示的的参数。选选择PIIC188F4558为控控制中心心的原因因之一是是该单片片机有二二路脉宽宽信号捕捕捉器,一路为为普通脉脉宽信号号捕捉器器 CCCP1，另另一路为为增强型型高速脉脉宽信号号捕捉器器 ECCCP11，本系系统正是是很好的的利用了了PICC18FF4588单片机机这一特特点，通通过应用用霍尔传传感器，用用CCPP1测量量转动较较慢的汽汽车车速速；用EECCPP1测量量转动较较快的汽汽车发动动机转速速，将汽汽车车速速、汽车车发动机机转速和和步进电电机带动动的仪表表对应显显示出来来。液晶晶显示模模块用的的是PHHILIIPS公公司的HHT16621

12、BB液晶驱驱动芯片片，该芯芯片可同同时驱动动八个液液晶数码码管。系统统较传统统仪表先先进的是是引入CCAN总总线结构构，选择择PICC18FF4588为控制制中心的的原因之之二是该该单片机机内部集集成了CCAN控控制器。选择PIC18F458，这抬高了电子仪表系统的技术含量的同时大大地节省了单片机外围接口电路，单片机外围只需扩展CAN驱动电路而无需复杂的控制电路。该电子系统可脱离CAN总线独立工作。选择择PICC18FF4588为控制制中心的的原因之之三是该该单片机机有8个十位位精度 A/DD转换接接口。特特别要提提的是一一路通过过传感器器测量油油箱中液液位A/D转换换，另一一路通过过传感器器

13、测量车车冷却水水温度 A/DD转换。此此外还有有光强等等等。为了了节约单单片机 I/OO 资源源，系统统键盘采采用了译译码的扩扩展方式式，扩展展了744LS1148译译码芯片片。信号号灯控制制模块用用于驱动动各车行行方向指指示灯和和背光灯灯的显示示控制等等。2）步进进电机的的控制模模块工作作原理和和接线图图本仪表盘盘上使用用的电机机是 SSWATTCH 公司生生产的 M-SS MOOTORR。该电电机设计计精巧,结构简简单,价廉物物美,可以应应用于各各种仪表表场合,是目前前广泛运运用的十十字交叉叉线圈仪仪表电机机的替代代品。其其结构可可参阅SSWATTCH的的说明书书。原理理：该电电机的电电动

14、转子子由二个个平行的的带磁铁铁心的线线圈驱动动，接口口电路图图上标为为Steepmootorr，步进进电机接接口。脉脉冲驱动动线圈带带动电动动机转子子转动，每每经过一一脉冲序序列的驱驱动，电电动机转转子可转转 6000 ，总总共传动动速比为为 1:1800，也就就是说，每每经过一一脉冲序序列，指指针转动动 1/30。M-SS MOOTORR步进电电机的线线圈驱动动电流仅仅需 220mAA，能耗耗低。图二二仪表系系统电机机驱动接接口电路路图：本仪仪表系统统选用的的电机驱驱动模块块如图二二。芯片片U4 X1220277。U4 X1220277 是MOTTOROOALTTER公公司专为为驱动仪仪表指

15、针针的步进进电机设设计的专专用芯片片。该芯芯片系列列有四种种，有驱驱动单个个电机的的、驱动动二个电电机的以以及驱动动四个、八八个电机机的。 X1220277可同时时驱动四四个步进进电机。该芯片的使用大大简化步进电机和CPU的接口和控制电路。从图上就看出,STEPMOTO是四个电机和芯片的接口1A、2A、3A、4A， 1B、2B、3B、4B， 1C、2C、3C、4C，1D、2D、3D、4D。 FA,FB,FC,FD可分别控制四个电机的转动方向；ORIENT控制的是各电机需转动步数；RESET控制、清除和更新电机实时，需转动的步数。3）显示示模块，键键盘模块块工作原原理和接接线图图三显示示模块接接

16、线图：本仪仪表系统统选用的的显示模模块驱动动电路如如图三所所示。芯芯片U22 HHT16621BB是 PHHILIIPS公公司专为为液晶段段码显示示器而设设计的专专用驱动动芯片， HT1621B 可驱动16乘 8位液晶段码。芯片 U6 NNPRLCD是液晶显示片，在 NNPRLCD液晶显示片上可显示16个8段码。上电路图所示的是 U2 HT1621B和U6 NNPRLCD连接方式。图中 CS为U2的片选管脚，高电平有效； HT1621B通过SPI总线和 CPU接口；数据通过SPI总线下载到 HT1621B显示缓冲区中,由HT1621B负责显示和制动刷新，不占用CPU的时间。WR为液晶显示锁存器

17、的“写”控制端，低电平有效。键盘盘电路，如如图四所所示，由由于CPPU 系系统资源源I/OO口不足足，本仪仪表系统统采用译译码的方方法对键键盘电路路进行了了扩展。如如图四 U88 774LSS1488为83编码芯芯片。系系统仍采采用软件件查循的的方发，给给U8 的 155脚高电电平，查查循U88的5脚，如如为低电电平，键键输入有有效，“读读”键值值。图四四键盘模模块接口口线路图图图：4）CAAN通信信模块工工作原理理和接线线图本系系统选型型的单片片机, 是美国国MICCROCCHIPP公司生生产的工工业级PPIC118F4458，除上述述的该CPUU的各优点点外, 本仪表表系统选选择 PPIC

18、118F4458单单片机作作为核心心控制单单元另一一个更为为重要的的原因是是该单片片机内部部集成了了, 兼容容BUSSH1.0协议议和BUUSH22.0协协议的CCAN控控制器。作为为一种技技术先进进,可靠性性高,功能完完善的中中远程网网络控制制方式, CCAN-BUSS已被广广泛地应应用于各各自动化化控制系系统中, 在汽汽车电子子领域, CAAN-BBUS已已作为一一种标致致该汽车车档次的的一个尺尺度,目前CAAN-BBUS已已较广泛泛地应用用于高档档轿车上上。本车车载仪表表电子系系统, 以开放放式的设设计为指指导思想想,在兼容容为一般般车辆所所应用的的同时,首先倡倡导应用用CANN-BUU

19、S网络络控制系系统, 其优点点是可大大大减少少了车载载所用线线索, 降低了了汽车的的故障率率。因单单片机 PICC18FF4588内部集集成了CCAN控控制器,本仪表表系统在在CANN网络控控制电路路方面仅仅外扩了了一片芯芯片U111A，CANN收发驱驱动器TTJA110500，硬件件方面就就完成了了CANN-BUUS的接接口功能能。节省省、简化化了电路路设计,应用起起来非常常方便。.硬件方面，电路图五，U9A 6N137, U10A 6N137 是光电隔离器件。本车载仪仪表电子子系统可可作为一一个CAAN独立立节点用用在CAAN-BBUS自自动化控控制系统统中，也也可脱离离CANN-BUUS

20、 独独立车载载工作。PICC18FF4588 单片片机自带带CANN 收发发接口，CAN模块相对独立。其主要特征如下：通过过 ISSO CCAN 标准测测试，标标准帧和和扩展数数据帧二二种模式式，0-8位数数据长度度，可编编程速率率高达 1M bpss，2个数据据接收缓缓冲器，6个完全接收滤波器，2个对应高优先权缓冲器，4个对应的低优先权缓冲器，2个完全接收掩码器，3个具有优先权的发送缓冲器。CAN模模块可工工作在六六种模式式下：配配置模式式、禁止止模式、正正常工作作模式、监监听模式式、自循循环模式式、错误误识别模模式。本本系统涉涉及两种种模式：配置模模式和正正常工作作模式。首先先在配置置模式

21、下下将 CCAN 控制和状态寄寄存器，波波特率控控制寄存存器，II/O控控制寄存存器，中中断标志志和中断断控制寄寄存器，接接收掩码码器和接接收滤波波器按照照系统的的要求设设定好，以以保证 CANN 总线线畅通。这这些寄存存器能在在配置模模式下进进行设定定，设定定完毕后后系统进进入正常常工作模模式。本本仪表系系统可作作为一个个下位机机CANN 节点点用在车车辆 CCAN 控制系系统中，等等待CAAN总线线传来的的数据。本仪仪表系统统和车辆辆 CAAN 控控制系统统中心的的通讯涉涉及物理理层、链链路层及及应用层层：物理理层要求求：通信信协议符符合 CCAN22.0BB。链路路层要求求：通信信协议符

22、符合CAAN2.0B,并部分分参照 J19939/21。应用用层：在在这仅给给出.油压信信号、.车速信信号、二二数据帧帧。1）车车速信号号：优先先级：偏置置：测量量范围：0-K单位位增益：传送送速率：10S数据据长度：8字节数据据页： 0设备备编号：PF： 2555PS： 1PGN：（）：车速速油压压信号：优先先级：偏置置：测量量范围：0-5500KKPA单位位增益：传送送速率：1S数据据长度：8字节数据据页： 0设备备编号：1PF： 2555PS： 1PGN：（）：油压压：保留（）：保留（）图五五 CAAN通信信模块工工作接口口图：车载载仪表系系统软件件工作原原理及原原理框图图CPU PII

23、C188F4558虽然然外围接接口是88位单片片机, 但内核核却是116位的的，可称称之为准准16位单单片机。仪仪表系统统复杂，程程序量大大。考虑虑到编程程人员的的连续性性,程序的的可读性性, 程序序的可移移植性等等, 软件件系统程程序用CC语言开开发。单单片机PPIC118F4458 开发仿真真系统也也支持 C语言言环境。编程.考虑到该仪表系统的商用, 可持续性，为增加系统的稳定性，后续拟引入实时性好工作可靠的商用嵌入式操作系统，.软件系统采用前后台事件编程的方法。前台是主循环程序,后台是中断处理程序。前台进行数据处理，后台进行数据采集。采用事件编程方式，后台改变系统的信息,前台根据后台改变的信息来完成整套仪表系统的实时性处理。软件系统框图因篇幅原因略去参考链接接：fiile:/D:/研究生生/超声倒倒车雷达达/通用平平台/CCan/CANN总线的的汽车仪仪表总程程介绍-东哥单单片机学学习网.htmm