C8051F040的车用CAN总线智能节点设计

　　电气与电子系统是车辆的重要组成部分，其工作状态直接影响车辆的性能。按照传统设计思想设计车辆电气系统时，往往采取堆积各种子系统的途径来提高系统的性能，因此车辆内部各子系统之间单纯面向任务而不考虑与全局的关系。随着子系统及装置数量不断增加，传统设计方法遇到了一系列问题：线路增多、布线复杂、电磁干扰增加、系统可靠性下降、检查维修困难等。为了解决上述问题，现代车辆采用了综合电子系统。总线是综合电子系统的基础，通过总线节点，综合电子系统可采集、使用、分配和共享车内所有电子系统的各种信息，达到弱化矛盾、增强整体功能的目的。CAN总线由于具有性价比高、可靠性高、实时性好、灵活性强等特点，得到广泛应用。本文针对CAN总线，提出了一种基于C8051F040的通用总线智能节点的设计方法。

　　1 总体设计

　　本文采用C8051F040单片机作为智能节点的主控芯片来设计CAN总线通用智能节点。智能节点通过现场信号调整、高速数据采集获取该节点下设备的参数，并通过总线收发器将数据发送到CAN总线，同时根据参数及总线上的其他信息和命令对设备进行控制。通过CAN总线智能节点，可将车辆电气系统各子系统及设备紧密联系在一起，构成一个实时控制网络，如图1所示。

　　考虑到智能节点的通用性，经过对车辆各子系统和设备参数进行分析，确定了智能节点主要指标。

　　①信号输入：8路模拟信号输入，16路数字信号输入，2路脉冲量输入;

　　②控制信号输出：2路模拟控制信号输出，8路数字信号输出;

　　③CAN总线接口：1个CAN总线接口(支持CAN2.0A和CAN2.0B)。

　　2 硬件设计

　　CAN总线节点有两种设计方法，一种采用通用微控制器结合独立CAN控制器加上收发器，另一种采用集成CAN控制器的微控制器结合CAN收发器。本文采用第二种设计方法，选用1片C8051F040单片机作为智能节点的主控芯片。主控芯片内部集成CAN控制器，兼容CAN2.0A和CAN2.0B，配合总线收发器后可完成CAN通信。此外，主控芯片还使用内部集成的A/D转换器完成对模拟信号的采集，同时向被控设备输出模拟和数字控制信号。智能节点的硬件系统包括：模拟信号采集电路、开关信号采集电路、开关信号输出、LCD电路、CAN总线电路等。硬件原理框图如图2所示。

　　2.1 模拟信号采集电路

　　模拟信号采集电路用于采集受控设备输出的模拟信号。该电路由模拟信号调整电路、SPI总线A/D转换器MCP3208、高速光电耦合器2801以及外围电路组成，其电路原理图如图3所示。