張健瑋

（東北師大附中，吉林長春130022）

車輛自動變速器電控單元的CAN接口設計

張健瑋

（東北師大附中，吉林長春130022）

采用飛思卡爾公司的MC9S12DP256單片機內(nèi)部集成的CAN（Controller Area Network）模塊設計了車輛自動變速器電控單元的CAN通信系統(tǒng)，設計了相應的硬件接口電路和軟件，實現(xiàn)了車輛自動變速器電控單元與電噴發(fā)動機和ABS電控單元之間的通信.

CAN接口；MC9S12DP256；自動變速器

1 引 言

車輛自動變速器的電控單元要實現(xiàn)各種選擋、換擋以及離合器的分離與接合等功能，而且為了獲得良好的控制效果，車輛自動變速器還必須與其他控制單元進行通信.CAN總線以其強大的優(yōu)勢能夠滿足這種通信要求.在CAN總線通信的基礎上，車輛自動變速器可與車輛中其他電子控制單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如與發(fā)動ECU進行通信時將換擋、起步過程中對發(fā)動機油門控制的要求通知發(fā)動機ECU，然后由發(fā)動機發(fā)出指令執(zhí)行動作來調(diào)節(jié)發(fā)動機扭矩和轉(zhuǎn)速，使之與離合器相互協(xié)調(diào)配合.這樣不僅可獲得良好的控制效果，而且還可降低整個系統(tǒng)的成本.本文采用飛思卡爾公司的MC9S12DP256單片機內(nèi)部集成的MSCAN模塊設計了車輛自動變速器CAN通信系統(tǒng)的硬件接口電路和軟件.

2 MC9S12DP256內(nèi)部MSCAN模塊簡介

MSCAN模塊是飛思卡爾公司為16位MCU（Micro controller unit）設計的通用CAN通信模塊，MC9S12DP256內(nèi)部的MSCAN模塊主要由時鐘單元、發(fā)送緩沖區(qū)、接收緩沖區(qū)、接收過濾控制組成，具有如下特性：1）模塊化結(jié)構(gòu)；2）實現(xiàn)了CAN2.0A／B協(xié)議，支持標準幀和擴展幀格式；3）支持遠程請求幀；4）雙緩沖接收存儲方案；5）帶有本地優(yōu)先級排隊機制的三緩沖區(qū)發(fā)送存儲方案；6）可屏蔽、可重組標識符驗收過濾器；7）內(nèi)置低通濾波器的可編程喚醒功能；8）可編程環(huán)路檢測模式支持模塊自檢；9）時鐘源可程控選擇CPU總線時鐘或晶體振蕩器時鐘.

MC9S12DP256片內(nèi)的CAN模塊不包含連接到CAN總線上的物理層，物理層須從外部提供.模塊的CAN控制器通過2個引腳CAN＿TXD和CAN＿RXD連接到物理層上，CAN＿TXD用于向CAN總線的物理層發(fā)送數(shù)據(jù)，CAN＿RXD用于從CAN總線的物理層接收數(shù)據(jù).單片機與CAN總線的連接如圖1所示.

圖1 單片機與CAN總線的連接

3 CAN通訊系統(tǒng)硬件接口設計

3.1 系統(tǒng)總體設計

通訊系統(tǒng)由自動變速器ECU、電噴發(fā)動機ECU、ABS的ECU以及CAN接口電路組成.網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)采用總線式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然比環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)信息吞吐率低，但結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省成本.系統(tǒng)中信息的傳輸采用CAN通信協(xié)議版本2.0／B，傳輸介質(zhì)采用雙絞線，系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 通信系統(tǒng)總體框圖

由圖2看出，負載連接在CAN－H和CAN－L之間，終端匹配電阻的值應該等于信號線的特性阻抗的值，約為120Ω.否則，電阻不匹配的情況下，有可能降低數(shù)據(jù)的有效傳輸率.

為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還采用在CAN控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離、電源采用DC－DC變換器等措施.

在實際調(diào)試過程中，本系統(tǒng)自行設計了用于模擬電噴發(fā)動機和ABS電控系統(tǒng)部分功能的電控單元，2個電控單元所用的單片機都采用MC9S12DP256，前者主要用于測量節(jié)氣門位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速、控制節(jié)氣門開度和電噴發(fā)動機的點火提前腳，達到在換擋過程中調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的目的.3個電控單元通過CAN總線連接.通訊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示.

圖3 通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.2 CAN接口電路的設計

CAN接口電路（圖4）主要包括CAN控制器與CAN總線驅(qū)動器之間以及CAN總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路.其中CAN總線驅(qū)動器是影響系統(tǒng)網(wǎng)絡性能的關鍵因素之一，本系統(tǒng)中CAN驅(qū)動器選用PCA82C250，PCA82C250具有對總線的差動發(fā)送能力，同時對CAN控制器提供差動接收能力.

為了防止干擾，在CPU的CAN輸出的2個引腳與CAN驅(qū)動器之間加接高速光電隔離器6N137.

4 通訊系統(tǒng)的軟件設計

通信系統(tǒng)的軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設計方法，軟件具有良好的模塊性、可修改性及可移植性.采用C語言進行編程.以自動變速器節(jié)點為例，軟件共分為3部分：通信系統(tǒng)初始化模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)模塊、接收數(shù)據(jù)模塊.

4.1 通信系統(tǒng)初始化模塊

CAN總線的初始化，是CAN總線程序的基礎，也是難點.初始化程序需要完成對各個寄存器的設置，具體包括初始化CAN模塊，設定時鐘分頻寄存器、設置總線定時寄存器、設置通信速率為250kbps、設置CAN控制寄存器，將定義好的標識碼存入信息報文的仲裁寄存器中、設置有效數(shù)據(jù)字節(jié)長度、使能CAN接收中斷等.

4.2 自動變速器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)過程

自動變速器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)過程中首先判斷是否與總線同步，若同步，再判斷是否有空的發(fā)送緩沖區(qū)，若發(fā)送緩沖區(qū)全滿，則等待，直到有空的發(fā)送緩沖區(qū)出現(xiàn)，再將待發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（包括標識符、控制位和數(shù)據(jù)）全部放入指定的發(fā)送緩沖區(qū)，準備發(fā)送.發(fā)送成功后再存入新數(shù)據(jù).程序框圖如圖5所示.

圖5 自動變速器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)過程

4.3 自動變速器節(jié)點接收數(shù)據(jù)過程

節(jié)點接收數(shù)據(jù)過程中，規(guī)定每當成功地接收1個幀數(shù)據(jù)后，即觸發(fā)1個中斷，接收數(shù)據(jù)的處理在中斷服務程序中完成.程序框圖如圖6所示.

圖6 自動變速器節(jié)點接收數(shù)據(jù)過程

5 結(jié)束語

在電噴發(fā)動機、ABS和自動變速器電控系統(tǒng)電控單元的基礎上，采用MC9S12DP256單片機內(nèi)部集成的CAN模塊設計了自動變速器的CAN通信系統(tǒng)，并設計了相關的硬件接口電路和軟件，實現(xiàn)了車輛自動變速器電控單元與電噴發(fā)動機和ABS電控單元之間的通信.

［1］ 張洪坤，李文軍，秦貴和.CAN總線在電控機械式自動變速系統(tǒng)中的應用［J］.計算機工程與應用，2003，31：208－210.

［2］ 金輝，張洪坤，葛安林.CAN總線在汽車智能換檔系統(tǒng)中的應用［J］.公路交通科技，2004（3）：114－116，136.

［3］ 陸延豐，王海林，張春.億恒C164CI16位單片機［M］.北京：清華大學出版社，2002.

CAN interface design of electronic control unit on vehicle automatic transmission

ZHANG Jian－wei
（High School Attached to Northeast Normal University，Changchun 130022，China）

CAN communication system of the electronic control unit of vehicle automatic transmission was designed by using CAN（controller area network）module integrated in MC9S12DP256chip of Freescale company，and the corresponding hardware circuit and the software were designed.The communication between electronic control units of vehicle automatic transmission and EFI（electronic controlled fuel injection）engine and ABS electronic control units was achieved.

CAN interface；MC9S12DP256；automatic transmission

U463.212.33

A

1005－4642（2012）08－0041－03

［責任編輯：郭 偉］

2012－02－21；修改日期：2012－06－24

張健瑋（1994－），男，吉林長春人，東北師大附中高三學生.