基于MC9S12HZ256的總線式汽車數(shù)字儀表設計

摘要：首先研究CAN總線和SAE J1939協(xié)議，提出一種基于MC9S12HZ256微控制器的總線式汽車數(shù)字儀表解決方案。詳細介紹SAE J1939協(xié)議的報文幀格式及應用層協(xié)議中發(fā)動機相關參數(shù)的定義，以及步進電機及其驅動和車速信號的處理方法。該數(shù)字儀表系統(tǒng)硬件平臺由微處理器和信號采集和信息處理及顯示等模塊組成。軟件設計部分編程實現(xiàn)了對CAN總線和各傳感器數(shù)據(jù)的讀取、處理。該系統(tǒng)能夠實時反映車輛工況。
關鍵詞：汽車數(shù)字儀表；MC9Si2HZ256；步進電機；CAN總線；SAE J1939

汽車儀表經(jīng)歷機械式、電氣式、模擬電路電子式和全數(shù)字式的發(fā)展過程，日前正處在從模擬電路電子式轉向全數(shù)字式的時期。帶CAN總線接口的汽車儀表采集并處理傳感器的車速、油量、油壓等信號，并根據(jù)SAE J1939協(xié)議讀取發(fā)動機轉速、水溫等信息。陔型汽車儀表具有指示精度高、反應靈敏、結構簡單、可靠性高等優(yōu)點，代表汽車儀表的發(fā)展方向。

1 CAN總線與SAE J1939協(xié)議
1．1 CAN總線與SAE J1939協(xié)議簡介
控制器局域網(wǎng)CAN(Controller Area Network)是用于眾多控制單元、測試儀器之間實時數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議，CAN2．0包括2．OA和2．0B兩部分。CAN拓撲結構為總線式，所以也稱CAN總線。SAE J1939協(xié)議是以CAN2．0B作為網(wǎng)絡核心協(xié)議，用于客車、貨車、農業(yè)及建筑車輛的網(wǎng)絡串行通信和控制協(xié)議。該協(xié)議通過對CAN擴展幀的29位標識符編碼，用CAN數(shù)據(jù)幀封裝其數(shù)據(jù)信息，從而形成獨特的編碼系統(tǒng)。作為車輛通訊標準，該協(xié)議明確規(guī)定汽車內部ECU的地址配置、命名、通訊方式以及報文發(fā)送優(yōu)先級等，詳細說明汽車內部具體ECU通訊內容。SAE J1939協(xié)議標準更大限度地發(fā)揮CAN優(yōu)異的性能，減少線束數(shù)量，實現(xiàn)車輛電子設備間高速數(shù)據(jù)傳輸。
1．2 SAE J1939協(xié)議下CAN通訊報文幀格式
CAN支持4種類型的報文幀傳送信息：數(shù)據(jù)幀(Data Frame)、遠程幀(Remote Frame)、出錯幀(Error Frame)和超載幀(Overload Fram-e)。CAN有2類消息幀：標準幀和擴展幀，其本質的差別在于標識符(ID)的長度，標準幀的ID有11位，擴展幀則有18位。表1為CAN擴展格式數(shù)據(jù)幀結構。

CAN數(shù)據(jù)幀分為以下位場：起始場(SOF)、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、循環(huán)冗余校驗場(CRC)、應答場(ACK)和幀結束(EOF)。控制場由6位組成，包括數(shù)據(jù)長度碼(DLC)和2個保留位r1、r0，在數(shù)據(jù)幀里這2位必須為顯性位。DLC為4位，指出數(shù)據(jù)場里的字節(jié)數(shù)目，編碼為0～8。循環(huán)冗余校驗CRC場由15位CRC序列及CRC邊界符組成。CRC范圍包括幀起始、仲裁場、控制場和數(shù)據(jù)場。應答場(ACK)長度為2位，包含應答間隙和應答界定符。在應答場中，發(fā)送器發(fā)送這2位為隱性位。當接收器正確接收到有效報文時，會在應答間隙期間向發(fā)送器發(fā)送一顯性位以示應答。每一數(shù)據(jù)幀均由7位隱性電平組成幀結束。