汽車儀表作為車輛與駕駛員交流的窗口,，承擔向駕駛員實時提供車輛工況任務,。汽車儀表是汽車電子在車輛中應用研究的重點之一。隨著歐洲排放標準在國內推廣,，符合歐洲排放標準具備控制器局域網絡（ControllerAreaNetwork,，簡稱CAN）總線接口的發(fā)動機和與之通訊的總線式數(shù)字儀表也逐漸擴大市場。隨著車載總線技術發(fā)展,，帶有CAN總線接口的汽車數(shù)字儀表得到廣泛應用,。應用層SAEJ1939協(xié)議是目前國內汽車行業(yè)應用最廣泛的CAN總線應用層協(xié)議。

　　這里提出的基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表是利用CAN總線使其成為車身網絡一部分,，遵循SAEJ1939協(xié)議讀取發(fā)動機轉速,、水溫等信息?？紤]到車輛實際狀況,，該汽車數(shù)字儀表還能接收傳感器的車速、油量,、油壓,、制動氣壓等信號并顯示,，為駕駛員提供實時車輛工況。

　　2 SAEJ1939協(xié)議簡介

　　SAEJ1939協(xié)議是美國汽車工程師協(xié)會SAE（SocietyofAutomotiveEngineer）發(fā)布的以CAN2.0B作為網絡核心協(xié)議的車輛網絡串行通信和控制協(xié)議,。SAEJ1939協(xié)議使用CAN的數(shù)據幀封裝其數(shù)據信息,，對CAN擴展幀的29位標識符編碼，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)定了汽車內部ECU的地址配置,、命名、通訊方式以及報文發(fā)送優(yōu)先級等,，詳細說明了汽車內部具體的ECU通訊內容,。實現(xiàn)車輛電子設備間高速數(shù)據傳輸，減少線路數(shù)量,，最大限度利用CAN總線優(yōu)越性能,。

　　2.1 SAEJ1939報文格式

　　SAEJ1939數(shù)據幀是以PDU（協(xié)議數(shù)據單元）為單位，共由優(yōu)先權（P）,、保留位（R）,、數(shù)據頁（DP）、PDU格式（PF）,、PDU細節(jié)（PS）,、源地址（SA）及數(shù)據域（DateField）等7個域組成。除了數(shù)據域外的PDU對應于CAN擴展幀的29位標識符,，其對應關系如表1所列,。其中PS是一個8位段，其定義取決于PF值,。若PF值小于240,，PS是目標地址（DA）。若PF值介于240和255之間,，則PS為組擴展（GE）,。

　　2.2 SAEJ1939應用層

　　應用層詳細定義了SAEJ1939協(xié)議中使用的每個參數(shù)，包括數(shù)據長度,、數(shù)據類型,、結果、范圍以及參數(shù)組編號（PGN）等,。這些參數(shù)分為控制參數(shù),、動力傳動系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)、動力傳動系統(tǒng)控制參數(shù),、動力傳動系統(tǒng)配置參數(shù),、信息參數(shù)以及信息狀態(tài)參數(shù)。SAEJ1939使用參數(shù)組編號（PGN）作為一參數(shù)組的唯一標簽,。該標簽包括：保留位（R）,，數(shù)據頁（DP）,、PDU格式域（PF8位）和組擴展域（GE8位）,。另外,，PF值小于240時，PGN低字節(jié)位置0,。參數(shù)組中的每個參數(shù)都能用ASCII碼表示,，其狀態(tài)量最少可用兩個位表示。文字數(shù)字數(shù)據采用最高位在前的傳輸方式,，其他包括兩個或多個數(shù)據字節(jié)的參數(shù)則采用最低位在前的傳輸方式,。除此之外，應用層中還詳細定義了參數(shù)組屬性,。該參數(shù)組屬性包括：優(yōu)先權,、更新率、參數(shù)組的協(xié)議數(shù)據單元格式,、參數(shù)組編號,，參數(shù)組的數(shù)據參數(shù)號及其在參數(shù)組中的位置。

　　3 基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)設計

　　3.1 硬件電路設計

　　該汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)由信號采集和處理顯示等模塊組成,，如圖1所示,。通過模擬量信號分壓，濾波整形脈沖信號,，CAN總線信號通過收發(fā)器發(fā)送至中央處理器,，然后再將處理后的信號通過步進電機控制器控制步進電機，驅動LCD液晶屏顯示,。其中信號采集模塊包含CAN總線數(shù)據采集和傳感器數(shù)據采集,。在實際的車載環(huán)境中，該系統(tǒng)設計遵循SAEJ1939協(xié)議在CAN總線上獲取發(fā)動機轉速,、水溫和故障代碼,，而其他信息包括車速、油量,、機油壓力,、制動氣壓則從相應傳感器以模擬量和脈沖量形式讀取。通過測量車速傳感器脈沖信號獲取車速信號,，油量傳感器的信號經分壓后直接發(fā)送給中央處理器內A/D轉換器處理,。

　　圖2給出信號采集模塊電路。圖中,，采用帶隔離的通用CAN收發(fā)器CTM825lT接收CAN總線信號,。CTM8251T內部集成所有必需的CAN隔離及CAN收發(fā)器，可實現(xiàn)CAN節(jié)點的收發(fā)與隔離功能,，從而替代了傳統(tǒng)設計中采用光電耦合器,、DC-DC隔離,、CAN收發(fā)器等元件實現(xiàn)的具有隔離功能的CAN收發(fā)電路。該模塊電路可將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平,，并具有直流2500V的隔離功能,。該模塊電路設計體積小，集成度高,，可取代PCA82C25l等傳統(tǒng)的CAN總線收發(fā)器及其外圍電路,，從而降低了系統(tǒng)設計成本。傳感器模擬量信號經分壓傳輸至中央處理器,，圖中的VD40和C40兩元件可對微控制器LM3S2948的引腳提供過壓保護,。

　　LM3S2948型微控制器完成信號處理。它是一款基于ARM Cortex-M3內核的微控制器,，采用32位RISC,，內嵌CAN控制器、A／D轉換器,、模擬比較器,、I2C接口等功能模塊，極大降低了外圍電路設計成本,。LM3S2948微控制器具有運算速度快,、功耗小、體積小,、價位低等特點,。LM3S2948的CAN控制器模塊支持CAN2.0B協(xié)議，支持符合SAEJ1939協(xié)議的擴展幀的報文傳輸,，其傳輸速率可編程設置為1Mb／s,，這些特性完全滿足CAN總線汽車數(shù)字儀表的應用要求。采用移位寄存器74HC595實現(xiàn)信號的串入并出,，采用步進電機驅動器VID6606驅動表針,。每片VID6606可同時驅動四路步進電機。在其頻率控制端輸入脈沖序列F（SCX）,，即可控制輸出端使步進電機的輸出軸以微步轉動,，每個脈沖對應電機輸出軸轉動1/12°，最大角速度可達600°／s,，滿足汽車儀表指示的高精度,、快速響應的要求。表針采用步進電機VID一29驅動,。圖3為VID6606驅動儀表電路,。LCD驅動器采用PCF8566，其內部集成LCD驅動器所必需的功能電路,。能直接驅動任意靜態(tài)或包含4背極高達24段的LCD,。中央處理器發(fā)送的信號先經PCF8566T功率放大后,，然后送至液晶屏F2000LCD顯示。

　　3.2 軟件設計

　　該汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)軟件采用IAR編程調試軟件編寫,。該軟件通過LM一LINK調試仿真器與LM3S2948的JTAG端口連接,，實現(xiàn)在線仿真調試。

　　數(shù)據接收處理軟件首先初始化系統(tǒng)時鐘,、CAN節(jié)點,、LCD液晶屏,、步進電機等,，并使能CAN中斷，設置CAN屏蔽碼和驗收碼,。初始化CAN節(jié)點的具體步驟：

　?、俜庋bCAN節(jié)點相關信息，創(chuàng)建一個軟件CAN節(jié)點結構體指針pCAN_Node_lnfo,；

　?、诔跏蓟疌AN控制器；

　?、壑袛郈AN控制器,；

　　④設置CAN節(jié)點接收過濾,。

　　初始化后,，讀取CAN總線和其他傳感器信號?？刂撇竭M電機和液晶屏顯示處理數(shù)據,。等待CAN總線接收中斷產生，判斷總線數(shù)據是否滿足屏蔽條件,，即逐位比較接收的29位標識符報文與驗收碼,、屏蔽碼值，屏蔽碼用于定位相關位（0=相關,，1=不相關）,。只有標識符中的相關位與驗收碼相應位相同，系統(tǒng)才接收報文,。如滿足屏蔽條件則從寄存器讀取數(shù)據并存入緩存區(qū),，再根據SAEJ1939協(xié)議判斷計算發(fā)動機轉速、水溫和故障代碼信息,，傳輸至步進電機和液晶屏顯示,。例如：接收的數(shù)據為：OCF00400XXXXXX4F55XXXXXX（XX為任意數(shù)據），若設置驗收碼為Ox00000000,，屏蔽碼為0xlFFFFFFF,，則接收該報文,。根據SAEJl939-71協(xié)議，此報文為：PGN61444一電子發(fā)動機控制器,。因此,，可得第4，5字節(jié)為發(fā)動機轉速,，并遵循低位在前,，高位在后的傳輸方式，則發(fā)動機轉速=原始數(shù)×分辨率+偏移量=21831x0.125+0=2728.875r/m,。同理可計算其他汽車儀表所需數(shù)值,。圖4為CAN總線數(shù)據接收程序流程圖。

　　4 結語

　　在研究了汽車CAN總線通訊協(xié)議及SAEJ1939協(xié)議的基礎上,，實現(xiàn)基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)設計,。該系統(tǒng)設計利用LM3S2948、CTM8251,、VID6606等器件的功能,，最大程度地降低外圍電路成本。該汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)工作穩(wěn)定,、性能良好,，目前正進行裝車試驗。隨著歐洲排放標準在國內的推廣,，基于CAN總線的數(shù)字儀表必將進入快速發(fā)展的新階段,。