石 林，岳秀麟，楊春華

（豫新汽車熱管理科技有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 前言

CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，是目前全球應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線技術(shù)自從開發(fā)出來后，在汽車領(lǐng)域被極大范圍地推廣與使用，尤其在混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車領(lǐng)域，整車各電子控制單元之間通過總線進(jìn)行通信。越來越多的主車廠還在CAN總線基礎(chǔ)上增加了診斷與Bootloader功能，圖1為一混動(dòng)車型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

PTC加熱器 （包括水暖式與風(fēng)暖式）做為高壓、高功率、高溫工作的器件，其內(nèi)部大多集成控制器，通過CAN總線與整車ECU進(jìn)行通信。PTC加熱器需接收整車的指令來開啟／關(guān)閉輸出或調(diào)節(jié)輸出功率，同時(shí)還要將實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)（耗電功率、故障信息等）放于總線上供ECU提取。在空調(diào)總成 （HVAC）的總裝車間，生產(chǎn)線通電檢測(cè)時(shí)需要頻繁啟動(dòng)PTC加熱器，本工裝可以模擬ECU控制PTC加熱器的通斷與PWM占空比，同時(shí)將PTC的工作狀態(tài)與故障信息顯示出來，保證了空調(diào)總成在線檢測(cè)的有效進(jìn)行。本文以風(fēng)暖式PTC加熱器為例設(shè)計(jì)CAN總線通信工裝。

2 CAN通信工裝功能介紹

此工裝采用CAN2.0B總線協(xié)議，按表1中DBC數(shù)據(jù)表與PTC加熱器進(jìn)行通信，波特率為250kb／s。

它發(fā)給PTC加熱器一種ID（0x18F00C87）的報(bào)文，控制PTC加熱器的開關(guān)狀態(tài)與工作占空比，同時(shí)接收PTC加熱器發(fā)送的3種ID （0x18F0012A、0x18F0022A、0x18F00F2A）的報(bào)文，分析報(bào)文信息并顯示出來。此工裝包含4個(gè)按鈕，分別實(shí)現(xiàn)PTC啟動(dòng)／停止、顯示屏換頁、占空比減少1、占空比增加1功能，還包含一液晶顯示屏，分PTC工作信息、故障信息、占空比設(shè)置3個(gè)頁面顯示。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 微處理器

微處理器選用Freescale公司的MC9S12XS128MAL單片機(jī)，總線速度可達(dá)40MHz，它由16位中央處理單元 （CPU12X）、128KB程序Flash、8KB RAM、8KB數(shù)據(jù)Flash組成片內(nèi)存儲(chǔ)器。它的主要功能模塊包括：內(nèi)部存儲(chǔ)器、內(nèi)部PLL鎖相環(huán)模塊、MSCAN模塊、1個(gè)8通道輸入／輸出比較定時(shí)器模塊TIM、周期中斷定時(shí)器模塊PIT、16通道A／D轉(zhuǎn)換模塊ADC、1個(gè)8通道脈沖寬度調(diào)制模塊PWM等。圖2為其最小系統(tǒng)電路圖。

此單片機(jī)的MSCAN模塊支持CAN2.0A／2.0B協(xié)議，有兩個(gè)信號(hào)引腳，分為發(fā)送 （TX單片機(jī)的PM1引腳）和接收（RX單片機(jī)的PM0引腳），為TTL電平，需接收發(fā)器才能連接到CAN總線上。當(dāng)TX引腳上的輸出電平為低電平時(shí)，為顯性狀態(tài)，反之為隱性狀態(tài)。

3.2 CAN收發(fā)器

本設(shè)計(jì)選用高速CAN收發(fā)器TJA1050，它是物理總線和CAN控制器之間的接口，適用的波特率范圍從60kb／s到1Mb／s。TJA1050可以為總線提供差動(dòng)的發(fā)送功能，且完全符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)，是PCA82C250高速CAN收發(fā)器的后繼產(chǎn)品。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

表1 DBC數(shù)據(jù)表

CAN控制器通過一條串行數(shù)據(jù)輸出線TxD和一條串行數(shù)據(jù)輸入線RxD連接到收發(fā)器，而收發(fā)器則通過兩個(gè)有差動(dòng)接收和發(fā)送能力的總線終端CANH和CANL連接到CAN-bus總線。通過控制引腳S可以選擇兩種工作模式：將引腳S搭鐵或懸空可以使TJA1050進(jìn)入高速模式；將引腳S邊接高電平可以使TJA1050進(jìn)入靜音模式。圖3為本工裝CAN收發(fā)模塊的電路圖。

3.3 顯示屏與按鍵

本設(shè)計(jì)選用MS12864R漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字 （16×16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符 （8×16點(diǎn)陣） 及64×256點(diǎn)陣顯示RAM （GDRAM）。支持多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。按鍵輸入引腳選用單片機(jī)帶有中斷功能的I／O口（PH0～PH3），且設(shè)計(jì)有按鍵防抖電容。圖4為顯示屏與按鍵模塊電路圖。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 初始化

4.1.1 總線時(shí)鐘

本設(shè)計(jì)的MCU工作總線時(shí)鐘選擇內(nèi)部鎖相環(huán) （PLL）時(shí)鐘，以獲得更高的總線時(shí)鐘頻率。首先設(shè)置時(shí)鐘合成寄存器SYNR和時(shí)鐘分頻寄存器POSTDIV，以確定PLL時(shí)鐘頻率 （此設(shè)計(jì)POSTDIV的值為0，則fPLL=fVOC）。然后設(shè)置時(shí)鐘選擇寄存器的控制位PLLSEL=1，從而選定PLL時(shí)鐘。

鎖相環(huán)產(chǎn)生時(shí)鐘頻率fPLL以及總線時(shí)鐘頻率fBUS由下面公式得到：

圖2 最小系統(tǒng)電路圖

圖3 CAN收發(fā)模塊電路圖

式中：fOSC——晶振頻率，為16MHz；SYNDIV——時(shí)鐘合成分頻系數(shù)，設(shè)置為3；REFDIV——時(shí)鐘參考分頻系數(shù)，設(shè)置為1；fPLL——鎖相環(huán)時(shí)鐘；fBUS——總線時(shí)鐘。

4.1.2 ECT定時(shí)器

圖4 顯示屏與按鍵模塊電路圖

S12X系列單片機(jī)具有8個(gè)16位緩沖寄存器的輸入捕捉（IC）／輸出比較 （OC）通道。ECT定時(shí)器模塊各個(gè)功能的使用，需要依據(jù)MCU型號(hào)確定可用的寄存器資源，其中主要的寄存器有：輸入捕捉／輸出比較選擇寄存器 （TIOS）、計(jì)數(shù)寄存器 （TCNT）、控制寄存器 （TCTL1、TCTL2）、系統(tǒng)控制寄存器 （TSCR1、TSCR2）、中斷使能寄存器TIE、中斷標(biāo)志寄存器 （TFLG1、TFLG2）、輸入捕捉／輸出比較寄存器TCx等。具體程序見圖5。

圖5 ECT定時(shí)器程序

4.1.3 MSCAN模塊

首先，此設(shè)計(jì)的總線波特率為250kb／s，當(dāng)MSCAN模塊進(jìn)入初始化模式后 （INITRQ=1且INITAK=1），需要通過設(shè)置總線定時(shí)器寄存器CAN0BTR0與總線計(jì)數(shù)器寄存器CAN0BTR1來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算公式如下：

位時(shí)間=預(yù)分頻值×（1+時(shí)間段1+時(shí)間段2）／fCANCLK=8×（1+2+13）／32=4

即，波特率為1／位時(shí)間=250kb／s，圖6為其程序代碼。

圖6 MSCAN模塊程序代碼

其次，通過設(shè)置控制寄存器CANCTL1=0xC0，使能MSCAN模塊，且使用總線時(shí)鐘源。最后設(shè)置控制寄存器CANCTL0=0x00，退出初始化，回到一般運(yùn)行模式。

4.1.4 中斷向量

此工裝涉及到3種中斷：CAN0接收中斷、按鍵 （H口）中斷與定時(shí)器1中斷，根據(jù)中斷源設(shè)置其向量地址，中斷向量程序代碼如圖7所示。

圖7 中斷向量程序代碼

4.2 主函數(shù)

此工裝的主函數(shù)流程如圖8所示。

此工裝發(fā)送的報(bào)文格式如圖9所示。

填寫報(bào)文的內(nèi)容為：①ID——0x18f00c87；②RTR——0，表示數(shù)據(jù)幀；③數(shù)據(jù)——0x00 00 00 00 00 00 00 C9，表示開啟工作，占空比100%，如果調(diào)節(jié)按鍵3或按鍵4，此數(shù)據(jù)中bit1～bit7會(huì)變化；④數(shù)據(jù)長(zhǎng)度——8；⑤數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)——0，表示最高。

CAN0發(fā)送與接收函數(shù)流程如圖10所示。

其中，ID為擴(kuò)展幀格式，對(duì)標(biāo)識(shí)符寄存器IDR0～I(xiàn)DR3寫入程序與讀取程序分別如圖11和圖12所示。

圖8 主函數(shù)流程圖

圖9 報(bào)文格式

圖10 CAN0發(fā)送與接收函數(shù)流程圖

圖11 寫入程序

圖12 讀取程序

4.3 中斷函數(shù)

CAN0接收中斷函數(shù)流程圖與按鍵中斷函數(shù)流程如圖13與14所示。

圖13 CAN0接收中斷函數(shù)流程圖

5 總結(jié)

此工裝在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上可以增加LIN與PWM模塊，以適用不同型號(hào)的產(chǎn)品，還可以擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片，并增加USB模塊，這樣就可以存儲(chǔ)生產(chǎn)線的檢測(cè)記錄，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到上位機(jī)，便于品質(zhì)跟蹤。

圖14 按鍵中斷函數(shù)流程圖