C8051F040的車用CAN總線智能節點設計

電氣與電子系統是車輛的重要組成部分，其工作狀態直接影響車輛的性能。按照傳統設計思想設計車輛電氣系統時，往往采取堆積各種子系統的途徑來提高系統的性能，因此車輛內部各子系統之間單純面向任務而不考慮與全局的關系。隨著子系統及裝置數量不斷增加，傳統設計方法遇到了一系列問題：線路增多、布線復雜、電磁干擾增加、系統可靠性下降、檢查維修困難等。為了解決上述問題，現代車輛采用了綜合電子系統。總線是綜合電子系統的基礎，通過總線節點，綜合電子系統可采集、使用、分配和共享車內所有電子系統的各種信息，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，得到廣泛應用。本文針對CAN總線，提出了一種基于C8051F040的通用總線智能節點的設計方法。

1 總體設計
本文采用C8051F040單片機作為智能節點的主控芯片來設計CAN總線通用智能節點。智能節點通過現場信號調整、高速數據采集獲取該節點下設備的參數，并通過總線收發器將數據發送到CAN總線，同時根據參數及總線上的其他信息和命令對設備進行控制。通過CAN總線智能節點，可將車輛電氣系統各子系統及設備緊密聯系在一起，構成一個實時控制網絡，如圖1所示。

考慮到智能節點的通用性，經過對車輛各子系統和設備參數進行分析，確定了智能節點主要指標。
①信號輸入：8路模擬信號輸入，16路數字信號輸入，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 硬件設計
CAN總線節點有兩種設計方法，一種采用通用微控制器結合獨立CAN控制器加上收發器，另一種采用集成CAN控制器的微控制器結合CAN收發器。本文采用第二種設計方法，選用1片C8051F040單片機作為智能節點的主控芯片。主控芯片內部集成CAN控制器，兼容CAN2．0A和CAN2．0B，配合總線收發器后可完成CAN通信。此外，主控芯片還使用內部集成的A／D轉換器完成對模擬信號的采集，同時向被控設備輸出模擬和數字控制信號。主控芯片各種資源的相關情況見參考文獻。
智能節點的硬件系統包括：模擬信號采集電路、開關信號采集電路、開關信號輸出、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備輸出的模擬信號。該電路由模擬信號調整電路、SPI總線A／D轉換器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。