LIN總線以及專線的的系統(tǒng)架構(gòu)

1引言在這個(gè)技術(shù)大變革的時(shí)代，汽車電子的技術(shù)發(fā)展也是相當(dāng)?shù)难该汀榱烁玫氐玫接脩舻目诒托湃?，各大汽車廠家越來越注重自身技術(shù)的進(jìn)步?，F(xiàn)在的汽車電子技術(shù)已經(jīng)與傳統(tǒng)的技術(shù)不同，不再是像以前那樣去對汽車的部件進(jìn)行一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的控制，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)升級為可以根據(jù)汽車的行駛狀況和客戶想要的需求對汽車進(jìn)行有針對性控制?，F(xiàn)在的汽車協(xié)調(diào)工作越來越多，如果仍然采用曾經(jīng)的控制方式，那么會車輛自身的布線就會非常復(fù)雜，后面的線束維護(hù)和維修會十分的麻煩，而且傳統(tǒng)的布線已經(jīng)不能保證實(shí)時(shí)的通信，這樣對汽車的性能會有很大的影響。等等問題已經(jīng)決定了傳統(tǒng)的布線方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今汽車發(fā)展的需求。車載網(wǎng)絡(luò)就是在這背景下產(chǎn)生，該技術(shù)的發(fā)展目前已經(jīng)汽車工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。1.1車燈的總體發(fā)展情況汽車上的燈光照明系統(tǒng)是汽車的重要組成不等。汽車大燈給我們夜間行車提供了良好的保障。所以廣大的車友為了夜間的行車安全，在購車時(shí)往往會把汽車大燈的明亮度納入考慮范圍，汽車廠家也為此努力研究。燈光的用途多種多樣，從最開始用于照明到現(xiàn)在的用于裝飾、警示等等。鹵素?zé)酐u素大燈即白熾燈，并加入鹵族元素的應(yīng)用。加入鹵素元素后亮度壽命都得到了很大的提高。鹵素元素是將升華的鎢通過鹵鎢循環(huán)原理將燈殼上的黑化物去除，從而提高亮度，這就是鹵素?zé)舻膩碛伞ｋ瘹獯鬅綦瘹馐嵌栊詺怏w，通過高壓可以將氙氣電離電源的兩級之間產(chǎn)生光源。高壓是將汽車的12V電源通過增壓器增至23000V。這樣的光源優(yōu)點(diǎn)是亮度高、壽命長、光看起來更有檔次。LED大燈LED燈也叫發(fā)光二極管，他它體積小，啟動速度快，而且還集合了氙燈所有優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)可以將燈光做的更完美，更炫酷。而且時(shí)效性高。激光大燈激光大燈是是之后大燈的發(fā)展趨勢。其實(shí)就是將二極管發(fā)出的藍(lán)光大燈單元內(nèi)熒光材料，將其轉(zhuǎn)化為白光。他包含了LED的優(yōu)點(diǎn)，而且它更加的節(jié)能和省油。總結(jié)汽車的燈光是汽車中重要的一部分，汽車的發(fā)展不斷進(jìn)步，車燈的技術(shù)也在不斷進(jìn)步，他們相輔相成。我相信，隨著科技的進(jìn)步，車燈會發(fā)展的路會走的越來越遠(yuǎn)。1.2轉(zhuǎn)向燈技術(shù)現(xiàn)狀1.2.1汽車照明背景經(jīng)過十多年的發(fā)展，LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)土匪猛進(jìn)?，F(xiàn)在大部分光源都為LED。主要由于實(shí)用性的提高和成本的降低。目前LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用在室內(nèi)室外的照明、液晶顯示、景觀照明等等領(lǐng)域。隨著LED行業(yè)不斷成熟，人們消費(fèi)理念發(fā)生轉(zhuǎn)變，LED汽車照明也迎來了黃金發(fā)展期，從一開始的內(nèi)飾照明到后來的信號燈，再到這兩年的前照明燈具，LED已經(jīng)開始逐步取代傳統(tǒng)的氙燈，開始覆蓋中高端汽車照明市場，同時(shí)有向普通車型漫延的趨勢。汽車市場是個(gè)成熟的市場，全球的銷量總體來說是穩(wěn)步的增長，全球年增長約3－4％，全球年銷量約8000萬輛。汽車照明LED的主要應(yīng)用市場是取代傳統(tǒng)的氙氣燈，乃至鹵素?zé)簟Ｓ捎趥鹘y(tǒng)的氙氣燈亮度低、光效低、啟動時(shí)間長，而LED體積小、亮度高、光效高、易于配光而且成本在也開始越來越低，這讓LED燈越來越成為照明的主流。1.2.2目前廠商情況由于汽車照明的高性能，高可靠性要求，以及汽車行業(yè)的相對封閉性等情況，現(xiàn)階段Lumileds與osram占有前大燈市場80％以上；三星的主要市場在韓國，占10％；其余市場為日亞與臺灣廠家瓜分；國內(nèi)廠家近年來逐步推出相關(guān)產(chǎn)品，試圖進(jìn)入該市場。1.2.3LED廠商推出的各產(chǎn)品現(xiàn)狀因汽車大燈對技術(shù)、可靠性及使用的環(huán)境要求非常高，因此在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)需要注重以下內(nèi)容：單顆芯片的大小一般為38～40mil，驅(qū)動電流1A到1．2A，預(yù)計(jì)可增大至60mil，以便通更大的電流。由于發(fā)熱大，產(chǎn)品的芯片貼陶瓷熒光膜片，以防溫度過高，膜片移動或是損壞。LED車燈的基板為陶瓷氮化鋁基板，散熱效果好，基板金屬部分鍍金，基板穩(wěn)定性能好。齊納二極管保護(hù)，靜電防護(hù)10KV。采用耐高溫?zé)晒馄鞍咨珡?fù)合材料?，F(xiàn)在的LED知名廠商主要有歐司朗、亮銳、日亞、三星等這些廠家。這些廠家的產(chǎn)品在同一條件下，基本上差別不大。但是歐司朗、亮銳產(chǎn)品相對來說比較好，而日亞采用的是長條形的熒光片，這樣的好處是無暗區(qū)，明暗截止線好。而國內(nèi)廠家在這方面要稍差點(diǎn)，另在同等尺寸芯片下，亮度要比外國差5～8％，所以國內(nèi)廠家會通過增大尺寸來提高產(chǎn)品亮度，但是增大尺寸又會造成遠(yuǎn)光照度不夠等問題。1.3本文的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向燈的作用用來提示其他車輛或者行人我要轉(zhuǎn)向用的，一般轉(zhuǎn)彎，并線，還有緊急情況下的雙閃燈都是它來司職，發(fā)出黃色且規(guī)律閃爍的等光，提示其他車輛和行人注意安全。讓過往的車輛和行人有足夠的反應(yīng)時(shí)間來了解本車接下來要做什么。本文主要研究汽車車燈上的轉(zhuǎn)向燈。來更深層次的研究汽車轉(zhuǎn)向燈技術(shù)。本文開始介紹了LIN總線以及專線的的系統(tǒng)架構(gòu)。后面介紹了本系統(tǒng)索要用到的硬件XC822單片機(jī)、TJA1020LIN總線收發(fā)器、LED燈的驅(qū)動以及所要用到的LED燈進(jìn)行了一個(gè)介紹。后面是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的軟件流程圖和介紹。最后對這起系統(tǒng)的仿真進(jìn)行了展示。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1LIN總線的介紹2.1.1LIN總線概述

LIN協(xié)議是由歐洲車輛制造商協(xié)會等開發(fā)低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，其主要作用是來方便控制一些簡單的汽車電子系統(tǒng)。其實(shí)是對CAN總線等一些其它汽車通訊網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充。其主要的用途是傳輸開關(guān)設(shè)置狀態(tài)以及對開關(guān)變化響應(yīng)。此協(xié)議允許在一根線上進(jìn)行雙工通信。對于對網(wǎng)絡(luò)帶寬和性能以及容錯(cuò)率上面要求不是太高的應(yīng)用，我們用RC震蕩器驅(qū)動的小成本的微型控制器來控制。LIN總線是基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式，采用單主控制器/多從設(shè)備的模式，是UART中的一種特殊情況。2.1.2LIN總線通信規(guī)則LIN總線的工作電壓一般是9到18伏，但是所有連接到總線的設(shè)備必須能夠承受40伏。在一般情況下，微控制器與LIN總線收發(fā)或者是一個(gè)線路驅(qū)動器或與總線進(jìn)行隔離。每個(gè)字節(jié)上都有一個(gè)起始位和停止位。LIN總線在空閑狀態(tài)下起始位的狀態(tài)是0停止位的狀態(tài)是1。傳輸是在每個(gè)字節(jié)里面的最低有效位。LIN總線網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成，它們都有一個(gè)發(fā)送或者接收的通信任務(wù)。LIN的通信開始是由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送任務(wù)，主控制器端發(fā)送開始消息包其中含有同步斷點(diǎn)和同步字節(jié)的標(biāo)識符。那么相應(yīng)地，在接收和篩選消息標(biāo)識符之后，將激活一個(gè)從節(jié)點(diǎn)開始消息回應(yīng)。響應(yīng)由2/4/8個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和一個(gè)校驗(yàn)和代碼組成。start和reply部分組成一個(gè)完整的消息框架。2.1.3LIN總線軟件操作LIN協(xié)議程序使用由RB0觸發(fā)的中斷來實(shí)現(xiàn)總線休眠/喚醒。當(dāng)觸發(fā)中斷程序的低水平計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)位的長度,然后讀取數(shù)據(jù)同步字節(jié)和確定時(shí)間,然后隨著時(shí)間的原始數(shù)據(jù)位相比,確定初始低電平時(shí)間大于10位的時(shí)候,超過10為同步中斷,不到10信號醒來。如果是喚醒信號，程序退出并繼續(xù)等待同步中斷。在同步中斷的情況下，程序讀取命令字節(jié)，檢查奇偶校驗(yàn)位，并檢查操作表以確定下一個(gè)操作。操作表定義總線上數(shù)據(jù)的源或目標(biāo)。

一開始要初始化LIN協(xié)議的從節(jié)點(diǎn)處理程序。初始化完成后，用戶就可以執(zhí)行自己的程序。后面檢測RB0引腳，如果發(fā)現(xiàn)下降邊緣，用戶程序就會中斷。當(dāng)檢測到下拉邊緣時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序。必須禁用除TMR0和RB0中斷之外的所有中斷源，以便準(zhǔn)確地測量同步字段。計(jì)算波特率之后，中斷服務(wù)例程退出執(zhí)行。

下一次RB0中斷，LIN協(xié)議就將自動接收標(biāo)識字段和數(shù)據(jù)字節(jié)。如果檢測到標(biāo)識字段的起始位，則接收并解碼標(biāo)識字段。然后根據(jù)接收到的標(biāo)識(如存儲數(shù)據(jù)或點(diǎn)亮LED)執(zhí)行代碼。當(dāng)總線上的幀完成時(shí)，將設(shè)置FCOMPLETE標(biāo)志。該標(biāo)志表示所有數(shù)據(jù)都已正確接收，可以稍后處理。此標(biāo)志由用戶的固件清除。

由于LIN協(xié)議成本低，在汽車行業(yè)當(dāng)中有很大潛力。微處理器可以使用一個(gè)內(nèi)置的RC振蕩器，并運(yùn)行在各種設(shè)備上，如4MHz時(shí)鐘頻率的微芯片上，這使得設(shè)計(jì)師可以以盡可能低的成本設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。2.1.4LIN總線技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)表2-1LIN總線的特點(diǎn)表及優(yōu)點(diǎn)表序號LIN總線技術(shù)特點(diǎn)LIN總線有點(diǎn)1單主機(jī),多從機(jī)結(jié)構(gòu)(沒有總線仲裁)LIN是一種低端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可提供簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案,支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互操作性,大大減少了系統(tǒng)安裝、調(diào)試和接線的成本和時(shí)間。LIN的通信量小、配置靈活、單線連接及單主機(jī)/多從機(jī)的通信結(jié)構(gòu)通過主機(jī)節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)關(guān)),可將LIN與上層網(wǎng)絡(luò)(如CAN)相連接,實(shí)現(xiàn)LIN的子總線輔助通信功能,可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高網(wǎng)絡(luò)效率及可靠性。2確定性的信號傳輸3低成本的單線實(shí)現(xiàn)4配置的靈活性5數(shù)據(jù)校驗(yàn)和的安全性和錯(cuò)誤檢測6網(wǎng)絡(luò)中故障節(jié)點(diǎn)的檢測7基于普通UART/SCI接口的低成本硬件、低成本軟件或作為純狀態(tài)機(jī)8帶時(shí)間同步的多點(diǎn)廣播接收,從節(jié)點(diǎn)無需石英或陶瓷振蕩器9不需改變LIN從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件即可在網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn)2.2系統(tǒng)簡介系統(tǒng)介紹：硬件的控制系統(tǒng)主要是由一個(gè)xc8228位單片微控制器和TJA1020收發(fā)器以及一個(gè)LED驅(qū)動構(gòu)成。本系統(tǒng)主要是由一個(gè)主控制端和一個(gè)從控制端組成。主控制端通過LIN總線發(fā)送轉(zhuǎn)向燈控制信息，在從控制端上TJA1020接收到LIN總線信號后將其轉(zhuǎn)化后發(fā)送給XC822，之后由微型控制器來控制轉(zhuǎn)向燈。在從控制單元接受到信號之后按照指令要求執(zhí)行，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給主控制端。在從控制端接收到結(jié)束信號后，轉(zhuǎn)向燈在熄滅。圖2-1為系統(tǒng)的總體框圖，圖2-2為系統(tǒng)主機(jī)控制系統(tǒng)的框圖，圖2-3為從機(jī)的系統(tǒng)框圖?？傮w的系統(tǒng)架構(gòu)圖：圖2-1總體系統(tǒng)框圖從機(jī)控制單元：圖2-2從機(jī)控制單元框圖3硬件設(shè)計(jì)3.1XC8228位單片微控制器3.1.1單片機(jī)特性上電復(fù)位產(chǎn)生IO供電和內(nèi)核邏輯供電的壓降檢測用于產(chǎn)生時(shí)鐘的48MHz片上OSC可編程16位WDT），提供時(shí)鐘是由獨(dú)立振蕩器完成的，用于刷新操作的窗特性可編程設(shè)定以及溢出之前的預(yù)警功能三個(gè)端口4通道10位ADC多達(dá)4個(gè)通道，超出范圍比較器三個(gè)16位定時(shí)器周期性的喚醒定時(shí)器主要用于（MDU/CCU6）支持接口（CCU6/SSC/IIC）支持LED和觸摸感應(yīng)控制器（LEDTSCU）片上調(diào)試支持，通過單引腳DAP接口（SPD）實(shí)現(xiàn)封裝：–PG-DSO-20–PG-TSSOP-16溫度范圍TA：–SAF(-40至85°C)–SAX(-40至105°C)–SAK(-40至125°C)XC822功能單元圖3-1單片機(jī)功能單元3.1.2XC822框圖圖3-2XC822框圖3.1.3XC822邏輯符號圖3-3XC822邏輯符號3.1.4XC822引腳配置圖3-4XC822引腳圖3.2TJA10203.2.1TJA1020概述\t"/item/TJA1020/_blank"TJA1020收發(fā)器是連接汽車上各個(gè)主從控制單元的芯片，是LIN總線間機(jī)傳輸?shù)膮f(xié)議控制器及接口，為了減少電磁輻射將其發(fā)送到協(xié)議控制器通過RXD銷收發(fā)器。低功耗管理模式在休眠模式下消耗更少的電流。3.2.2TJA1020工作模式TJA1020有四種工作模式：睡眠模式、準(zhǔn)備模式、普通斜率模式、低斜率模式。每種工作模式都有他們的作用，相輔相成使得TJA1020芯片更好地工作。TJA1020在休眠模式下的線路ecu功耗非常低。運(yùn)行模式為普通斜率模式和低斜率模式。準(zhǔn)備模式是一個(gè)中間模式。在普通斜率模式下，收發(fā)機(jī)可以通過LIN總線收發(fā)數(shù)據(jù)。通過LIN收發(fā)機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成總線信號。控制轉(zhuǎn)速和波形，降低電磁輻射，通過機(jī)器端內(nèi)阻將LIN總線輸出引腳變成高電平。低斜率模式中，發(fā)送器的輸出上升和下降斜時(shí)間來驅(qū)動LIN總線。模式的選擇是在LIN收發(fā)器引腳NSLP中完成。TXD是低平就是低斜率，TXD是高平就是普通斜率模式。圖3-5TJA1020引腳圖圖3-6TJA1020結(jié)構(gòu)圖3.3AP51033.3.1特點(diǎn)及應(yīng)用表9-1AP5103特點(diǎn)及應(yīng)用表序號產(chǎn)品特點(diǎn)產(chǎn)品應(yīng)用1寬輸入電壓范圍：12V～60VLED電動車燈，三面摩托車前大燈，汽車工作燈，汽車長條燈，低壓球泡燈，低壓投光燈等低壓LED燈具2可設(shè)定電流范圍：10mA～3500mA3工作頻率：300KHZ4內(nèi)置抖頻電路，降低對其他設(shè)備的EMI干擾5峰值電流模式采樣，成本低性價(jià)比高60-100%占空比控制，無電流節(jié)點(diǎn)跳變7內(nèi)部集成智能過溫保護(hù)，輸出短路保護(hù)，過溫保護(hù)線性降電流，不閃燈不滅等，有效延長燈珠的使用壽命。3.3.2AP5103電路圖圖3-7AP5103電路圖4軟件設(shè)計(jì)4.1從機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)從機(jī)任務(wù)主要是來檢測RXD電平的變化的。如果再收發(fā)器上接收到了顯性電平，然后對其數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，如果標(biāo)識符不是自己本機(jī)的ID，那么就跳過，等待下一幀。主要流程為從機(jī)節(jié)點(diǎn)首先初始化端口、時(shí)鐘、定時(shí)器，然后進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，在系統(tǒng)設(shè)置下面有接收字節(jié)，檢查同步字節(jié)、波特率自動校正和從機(jī)功能模式4種狀態(tài)。但是我們要經(jīng)過接收字節(jié)到檢查同步字節(jié)、波特率的自動校正才能到從機(jī)的功能選擇，這需要看我們收到的是什么信號。從機(jī)功能模式下有3種命令模式我們接收到廣播命令的話我們就對廣播數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，接收到單機(jī)命令的話就對命令數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，假如是狀態(tài)查詢的話就返回狀態(tài)。程序的流程是這樣的。詳情見下面流程框圖。下圖為從機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖：圖4-1從機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)圖4.2數(shù)據(jù)接收和發(fā)送設(shè)計(jì)接收數(shù)據(jù)的流程首先將串行口的速率加倍，之后設(shè)置定時(shí)器的超時(shí)保護(hù)，下面接收數(shù)據(jù)將其放入到校驗(yàn)和緩沖區(qū)，全部接收完成后校驗(yàn)字節(jié)，之后校驗(yàn)數(shù)據(jù)。這個(gè)流程為數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)發(fā)送的流程首先是設(shè)置串行口模式為1并允許接收，后面就發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完后在發(fā)送一個(gè)校驗(yàn)和字節(jié)。這就是數(shù)據(jù)發(fā)送的流程。詳細(xì)的框圖如下：數(shù)據(jù)接收流程圖：圖4-2數(shù)據(jù)接收框圖數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖：圖4-3數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖4.3收發(fā)器的工作收發(fā)器的工作主要就是確定TJA1020的工作模式。來更好讓收發(fā)器工作。其工作的流程是這樣的：首先將收發(fā)器初始化為準(zhǔn)備模式，等待總線請求，如果有請求，那么判斷是否要用低斜率模式，判斷完成后啟動總線，總線啟動完成后就要檢測總線控制是否超時(shí)了，如果超時(shí)的話就讓收發(fā)器進(jìn)入睡眠模式來降