基于CAN网络的嵌入式显示终端设计毕业论文（设计）

1、第1章绪论11.1本课题研究的0的和意义11.2课题的现状和发展趋势1第2章can总线、显示终端的介绍42.1 can总线概述42.2 can控制总线的特点42.3 can控制总线的分层结构52.4 can控制总线的帧结构和报文传输62.5 can控制总线实现通信的关键72.6本章小结8第3章整体结构设计及硬件选型93.1整体结构设计93.2系统硬件选型103.3本章小结14第4章硬件设计154.1电源稳压和隔离电路154.2主控制器的基木单元电路174.3 can总线收发电路174.4液晶显不电路194.5 eeprom存储电路204.6車口电路214.7本章小结21第5章车载显示终端系统的

2、软件设计225.1数据采集节点的软件设计225.2 can总线的通信模块软件设计235.3显示终端模块的软件设计245.4本章小结25第6章结束语26翻27参考文献28iw29第1章绪论1.1本课题研究的目的和意义随着电子技术的发展，工业和生活的各种电子装置的应用越来越广泛。且 各类新功能的电子通信产品的出现，这就对工业中数据传输和通信提山了新的 要求和条件。采用点对点的传统连线方式会造成硕大的布线系统。不仅工作效 率很低且成木很高，因此这将影响加快工业发展的步伐。为了解决工业中各种 电子装置相互之间数据的交换，国外在20世纪50年代就开始着手给工业引进 网络总线技术。有关公司就把工业串行控制

3、局域网总线应用到工业生产中，同 时也应用基于can的控制总线来达到电子控制装置之间的通讯的快捷和安全。在国外己经有专门从事工业控制总线的研究，对于控制总线的开发研究以 及应用己经很成熟了。虽然控制总线的标准已经形成许多年，但在我们国家的 工业控制中，总线控制技术的应用还处于初级发展阶段，更不用说控制总线的 开发研宄了。况且对于控制总线的利用还处于基木的收发数据阶段，并且还没 有考虑对控制总线运行模式的选择以及在总线容错方面的应用。为了达到提高 数据传输的可靠性的客户要求，总线的每一个控制节点均应用强有力的方法来 进行错误查询、错误自查以及错误标定，还可以进行总线监测、冗余检查、位 填充以及报文

4、格式查看等。为了实现更可靠的数据传输，则应该考虑控制总线的容错性，当控制总线 的单元数据发送错误时，网络总线控制系统仍能正常工作，并且不会受到该错 误的影响。然而对于工业应用中的多功能显示终端，有关公司己经考虑到该问 题，并且在工业的应用中尽量添加各种电子装置。然而如何把电子设备所搜集 的信息和工作状态参数准确地提供给相关的操作人员，这应该是一个值得考虑 的问题。考虑到基于can控制总线的特点和总线的容错性，需要开发一个基于 容错性控制总线的操作控制多功能显示终端。因此，基于can控制总线的多功 能显示终端应该具有操作方便、功能实用以及安全可靠等特点，并能给用户提 供方便快捷、稳定可靠的工业控

5、制平台和便捷的生活，具有重大研究的意义。1.2课题的现状和发展趋势随着电子信息系统的日益发展，传统的信息控制的交换方式对于用户己经 越来越不能满足其对于工业控制内部的分布式实时监测控制系统的安全稳定的 通讯要求。在20世纪50年代初，国外就己经开始探讨把现有的串行控制总线 系统应用在工业中。在国际电子信息大会上，有公司推出一些新的总线控制系 统。接着又有许多公司推出系统控制芯片，公司推出的是系统控制总线第一个 在硬件上的实现。现如今，网络控制系统已经被大量地运用到工业上，并ii总 线也被人量应用到其它行、ik。0前，国外公司对网络系统在工业控制上的应用 与研究己经相当成熟。如今，在德国、美国等

6、一些发达国家都推出配冇一至多 个网络系统，并且研究开发工具己相当成熟，如德国的西门子公司在总线系统 控制应用领域中提供了一系列非常快捷可靠的软硬件开发工具，能够适应于总 线网络节点以及整个系统的建立模型、系统仿真等研发程序。从而为客户提供 功能强人、系统完整的总线网络研发分析以及仿真工具和针对用户需求的比较 适合的解决方案。在我们国家，从“十五”时期开始，政府就开始大量投资，用于总线系 统的研发。许多高等院校以及科研机构也同样地投入大量的人力财力，对现场 总线尤其是总线控制应用技术的开发和研究。尽管国内已经有很长时间就开始 关注总线，但是实际在研发上的重视还很少，对于网络系统方向的研究和开发

7、应用0前还处在试验和初期发展阶段。但0前可以说总线技术的研究与开发已 经在我们国内引起高度关注。但总的来说，我们国家在总线技术控制方面的开 发应用和研究与国外相比仍还冇一定的差距。现如今在我国工业中，一部分公 司仍没冇采用总线技术。ii不少国内合资企业采取的总线技术，但是总线的核 心技术却掌控在外商手中。因而我们国家应该重视对总线技术的开发和研究， 开发出具冇我们自主知识产权的总线已经迫不及待。由于国外总线控制系统技 术与电子信息技术的发展较早，并很早就得到重视对相关电子信息技术产品的 开发研究，因而在电子信息显示控制技术方面的应有也比较成熟。在国外发达 国家如德国、日本和美国等国家都研制出一

8、套功能强人的电子信总技术系统产 品，并且相关产品的应用也已经是很广泛了。西门子电气公司在电子信息技术 显示控制方面的研究和应用己经做得非常强人了，其产品技术也已经非常高端 先进了。国外的电子信息显示终端的应用在满足能支持提供复杂信息功能的同 时，并且在产品的视觉效果和外观设汁等方面都做得非常好，并应用小型化的 构思理念设计，节约产品成本。并ii其产品的技术性能也具有高准确性和高稳 定性。与国外的一些发达国家相比，我们国家的电子信息技术产业的发展相对比 较落后，并且对总线控制系统的研发发展较晚，因此在电子信息技术产品的开 发和产品的生产能力方面相对比较薄弱。a前国内基于can总线控制的显示终 端

9、的产品主要来源是国外合资企业，其产品工艺和质量都能满足国内工业应用 中的产品需求，但是技术水平与国外公司相比仍然有很大差距，其产品技术主 要表现在制造水平较低、造型工艺单调、耐久性差、性价比与安全性也比较低 等。总而言之，国内技术阻碍了工业的发展，信息显示和总线控制技术的开发 相对于国外发达国家慢了很多，况且产品的功能也比较单一，产品的开发成本 也相当较高，产品的技术兼容性以及和相关工业控制的需求的匹配方面也与国 外还有明显差距。因而，我们国家应该重视加大显示终端的研宄开发与生产。第2章can总线、显示终端的介绍2.1 can总线概述can总线技术是通过在国际标准的开放性系统的基础上不断完善发

10、展形成 的。因can的结构层次比较简单，并且它的应用范围又是通过相对较小的局域 网就可以实现，所以这种模型结构仅仅运用osi上的其中2层：物理层与数据 链路层。由于所使用的层次少，工作过程简化，因此提高了系统实时控制的信 号传输效率。2.2 can控制总线的特点can控制总线是一种串行通信网络，因应用了很多比较前沿先进的技术， 使其与别的通信总线网络相对比，它就表现出很多优点，概括如下：(1) can控制总线是有一套国际通用的标准。(2) can控制总线的通信数据的传输方式有很好的安全可靠性、操作灵活性和 记录实时性。(3) can控制总线上的数据传输节点可以通过报文的id判别是否接收这个报

11、文，若传输的信号收到破坏，则可以通过重新发送信号来解决这一问题。(4) can控制总线的数据通信，其通信效率非常高，最高通信速率可达1mbps: 它的通信范围也相对较大，最长距离可达10km。(5) can控制总线所使用的是非破坏性总裁技术，如果遇到若干节点同时发送 数据的情况时，这时传输的优先级比较低的节点则会被放弃自动发送，因而就 能节省数据总线传输时发生冲突所占用的时间。(6) can控制总线所采用的通信是通过双绞线实现的，这样就会拥有较高的总 线利用率，同时造价也非常低。(7) can总线控制使用的是短帧报文结构，应用这种结构，使其数据传输的时 间减少，同时它的抗干扰的效果也非常强大，

12、因而它的数据传输的出错机率也 非常低。(8) can控制总线的架构相对比较简单，它所需用元器件比较容易获得，并且 总线上的节点的成本比较低廉，所需要的实现技术也比较容易掌握。2.3 can控制总线的分层结构can控制总线协议是基于国际标准所建立的互联模型的基础上而提出的， 并ii我们也要想到通信协议总线的特点，因而基于can串口通信总线协议中， 我们所提出的通信网络协议结构，是直接在数据链路层写据或者直接根据数据 链路层所实现。can控制总线协议是以实现车载中各种仪器仪表、传感器件和 控制结构单元之间的实吋数据交换为出发点，而开发设计出来的一种串行通信 协议。通过很大的改善和发展，现如今己经开

13、发出比较实用的2.0版本，此版本 中包含2.0a与2.0b这两个部分。在这里我们所应用的can控制总线2.0a中，总线层次可以分成传输层、 物理层和0标层三层，并且can控制总线上的节点的分层结构和功能如下图 2-1所示。应用层s标层报文滤波 报文和状态处理传输速率与定时 报文帧处理 总线总裁 接收应答 报文确定 错误监测与标定 故障鉴定 物理层信号电平和位表 示传输介质 阁2-1 can2.0a分层结构目标层和传输层中就是包含了很多功能和服务，这些功能和服务是由osi所定， 其中的数据链路层中，就包含了以上所介绍的两层。传输层的功能作用：(1) 帧组织。(2) 检错、错误处理、错误报告。(3

14、) 总线仲裁。目标层的功能作用：(1) 为物理层提供接口。(2) 确认信息何时是要发送的。(3) 确认传输层接收到了信息。在应对目标信息这一方面，can控制总线可以为客户提供很大的自由可以 利用的空间，物理层是主要方而是指物理层而上如何实现ecu与总线的连接， 而总线上节点的总数受到电气负载能力的限制。数据链路层数据链路控制子层 接收滤波 超载报告 恢复管理 媒体访问控制子层 数据封装与拆装 帧编号 错误检测 媒体访问管理 接收应答 错误标定 传输速率与定时物理层位编码/解码 位定时 位同步图2-2 can 2.0b分层结构can控制总线的2.0b就基于osi的参考模型的理念，总线上的所以节点

15、 的分层结构以及它们的功能作用如图2-2所示。can控制总线的2.0b大体上可 分为数据链路层和物理层两个层次，而其中的数据链路层则可以分成逻辑链路 子层和媒体访问子层，它们的作用可以分别和2.0a中的目标层、传输层的功能 相统一：(1) 媒体访问子层是can控制总线协议的重要组成成分。它可以把传输过 来的报文传送到数据链路子层，并且可以接收数据链路子层的报文。而媒体访 问子层则是主要为了完成报文的应答、分帧、标定、和错误判断等任务。(2) 数据链路子层会与报文恢复管理、滤波、过载通知等方面相联系。客车、 货车控制和网络通信小组委员会，一致通过了引入can控制总线协议于建筑、 客车、货车及农业

16、等方向，并且颁布和实施了 sae-j1939国际标准。2.4 can控制总线的帧结构和报文传输can控制总线在数据传送时，传输报文的结构单元被叫做报文传输器，而此结构单元在控制总线不被占用时或在丢失控制总线应答前则一直被称为报文 传输器，而若当一些结构单元没有报文传输器的功能作用，并且所处的控制总 线不是不是空闲的状态时，该结构单元则被称为报文接受器，而相对于发送器 而言，如果到帧结束一直没有发生错误信息，则这个报文是一直有效的；若这 个报文收到破坏，则会允许按照优先级的高低的原则会自动重新发送，这是提 高同其它报文进行对总线使用竞争的能力，而若控制总线空闲时，则报文被重 新发送就会马上进行，

17、而同样的情况对于我们所使用的接收器而言，若帧到结 束的时候还没有出错，只有这样，这个报文才是有效的。而组成数据帧的控制域、仲裁域、数据域、帧起始都应用到位填充规则实现 数据编码这一功能。如果当我们所使用的传输器工作过程中连续重复5位的数 值时，它会自动地插入一位补码位在实际发送位中。这将会意味着一个位电平 要么会是“0”要么就会是“1”。下面我们来简单地介绍一下stm8s208标识符的过滤方式,在基于can的 申口通信协议中，我们所约定的是报文里所使用的标识符，并不表示节点的地 址，而是表示它所代表的内容与所出现的报文内容相关联的内容。因此，发送 人员用广播的方式向所有的接收者发送报文。然而当

18、在与can相关联的节点接 收报文的时候，它则会应用以标识符的值为依据，而决定软件是否接受这个报 文。若需要，则复制到ram里面；若不需要，则报文就会被遗弃并且不需要 相关软件的作用。为了达到用户的这一需求，stm8s208中的be can硬件会为相关的应用程 序提供6个位宽可调的、可配置的过滤器组，这样就可以达到接收它们所需要 的报文的要求。这种硬件过滤的方式可以大大地节约了成本，否则这项任务就 需要由相关的软件实施过滤，并且软件的作用同时还会占用cpu资源。根据所使用硬件的配置不同，每组的过滤器组同样也可以由不一样的过滤 器所构成。这些所使用的过滤器就好比一个个关卡，每次遇到接收一条报文的

19、时候，can串口通信协议就会要求先把接收的报文经过相关的过滤器“考验” 一下，如果经得起“考验”，那么这样的报文便是有效报文，于是就可以收入到 fifo中；如果经不起“考验”，便成了无用的报文，就会被直接丢弃。并且全 部所使用的过滤器是并联的，所谓的并联就是一个报文如果经得起一个过滤器 的“考验”，这样就可以成为有效的了。总而言之，can控制总线通信的实现的核心就是：在运用层上，发送器就 可以实现对报文标识符的判断和分析，接收器则会对发送器所发送的报文标识 符进行滤波和快速地分析，以尽可能地压缩cpu成本，同时也能提高传输的实共32页第7页时性能。2.6本章小结本章开始先介绍了申口通信网络技术

20、，紧接着又比较详细地介绍了 can控 制总线、特点、以及分层结构，并阐述了报文的帧结构和传输结构，最后说明 了 can控制总线通讯实现的技术核心。通过本章的介绍和研究，我们可以对 can控制总线的基础知识、设计原理有一个大致的了解，为能够正确的应用 can总线技术而打下基础。通过以上的了解和研究，我们可以看到通过把can 控制总线技术应用到车载信息系统，可以达到增强系统的稳定性和实时性的优 点，并且其结构简单、成本低廉、安装维护便捷，因而得到了广泛地应用。第3章整体结构设计及硬件选型现如今人们对车辆在行驶中的数据显示提出了越来越高的要求，不仅需要 提供大量信息，稳定、直观、清晰的显示，还同时要

21、求所显示内容的精度高， 显示信息的速度快。基于课题研究要求和现如今的科技水平和它们的发展方向, 我们提出了基于can总线的车辆数据采集及显示系统设计原则如下：1、方便、简单和直观因为车载终端产生的信息量大，种类繁多，所以驾驶员不太可能在很短的 时间内获得自己所需要的信息。为了达到使驾驶员能够清晰且不影响安全行驶 的条件下很便捷地得到自己所需要的相关信息的h的，设计的显示终端系统界 面需要做到方便、简单和直观。2、显示终端的界面能够迅速可靠地向驾驶员传达准确的信息显示终端系统的响应速度必须做到快和准，只有这样，才能保证驾驶员在 高速行驶的汽车里能够获取便捷可靠的信息，才能保证有效地达到安全行驶的

22、 目的。3、信息量大当今的车辆构造特别是电子装置，随着它们越来越复杂，其功能也越来越强 大，用户所需要得到的信息量也随之增加。用户不但需耍在显示终端系统上方 便可靠地掌握汽车行驶的各种状况，如速度、所剩油量、水温、空调温度等等; 而且，从节约环保和经济成本方面看，用户也应该了解小时耗油量、公里耗油 量等信息。通过获得的这些信息，用户也可以有效地了解车辆的运行状况。4、实用的经济性为了要推行车用仪表等显示终端系统，除了稳定准确的性能的要求之外， 另一个重要的要素就是经济成本，因而我们所设计的显示终端系统时，就要尽 量地在达到用户所需求的功能要求的条件下，同时也要考虑其经济性能。3.1整体结构设计

23、显示终端系统的设计结构对所有系统的安排具有主导的作用，显示终端系 统的结构布罝的是否合理，这会成为整个系统能否安全可靠运行的基础。在显 示终端系统的结构设计中，需基于整个系统对结构的需求，然后再最终确定结 构的设计方案。在整个系统设计中，硬件系统的设计是尤其重要的第一步，也 是整个显示终端系统的基础，同时也是软件所依托的载体。因而硬件系统设计 的效果将直接决定着整个系统的稳定可靠性，系统的传输实时性，测量数据的快速精确性。这个设计的整体的系统结构相对比较明确，在第一部分中我们就可以清楚 地得出以下的内容：首先，利用ecu的功能来获取所需要的内容，本论文中的硬件部分仅仅用 一个ecu为大家演示一

24、下工作原理；接着，利用can控制总线来实现所有通 信模块的联系，来达到用户把所需要的信息利用can控制总线传输到显示终端 的按制芯片，从而来进行显示；最后，利用模拟适配器，应用pc的串口网络来 监测数据的传输特性；本次设计的显示终端的系统结构图如下图3-1所示。图3-1系统结构框图在图3-1的介绍中，总体的结构中可以分为三大部分。其中左端包含由ecu 负责接收的种类繁多的车载所需要的多功能显示信息，包含水温等电压模拟信 号、档位等开关信号、转速等脉冲信号；右端包含一些后续的显示器件，包含 报警器、液晶显示、指示灯、仪表显示等；下端主要是模拟适配器、单片机、 pc机。通常的车载显示终端信息主要包

25、含有：发动机转速、油温、四个车轮的 转速、车灯状态、机油压力、油量剩余、空调温度、制动踏板、音响的音量等 信息。紧接着ecu会把接收的信息经过分析、加工、计算、压缩后，利用can 控制总线传输到显示终端的控制芯片，最终来实现图像显示和数据显示。3.2系统硬件选型1、主控制器芯片的选择在显示终端的系统整体设计中，主控器的芯片选用显得尤为重要了。通常 情况下主控器的芯片选用需要考虑以下三点因素：1、所要选用的控制器芯片需要能达到用户对系统设计要求的各种控制功能模块的各种资源的需求；2、所要 选用的控制器芯片应该具有较丰富的资源，以此可以达到设计模块电路便捷、 外围控制电路影响较小的效果；3、关注芯

26、片的利用成本、封装、相互之间的影 响和功耗等方而。此次控制系统所选取的控制器是高稳定性能系列的stm8s208 微控制器。以i我们就来简单地了解一丁控制芯片stm8s208的功能特性。首先，我们来介绍一下stm8s208控制芯片可以达到在资源方而系统设计 所控制功能模块的要求，尤为重要的是这个控制芯片本身就拥有can总线控制 模块。即使can节点同样也讨以包含不带can控制总线独立控制器和can 总线控制器的单片机，但是这样的架构方式极其地繁琐，外围电路也非常地复 杂。自从引入了内部基于can总线的控制芯片stm8s208，这样的不足就可 以大大地被弥补掉了。它可以大大地降低外围元器件的种类和

27、数量，这样不但 可以使外围电路的设计很大程度地被简化，而且也可以达到使结构设计地紧凑, 电路设计的效率高效的效果。其次，控制芯片stm8s208包含了比较丰富的资源，这使得其它控制模块 的设计变得相对的简便，同时该单片机还具备有控制器所需要的模拟和数字的 外部设备，其中就包含看门狗、adc、方波输出、pwm、定时器捕捉和电压比 较器等，还具有很多种类的总线接门，包含了 rs232、spi总线和can总线。 通过使用这样的控制芯片，使得控制系统的集成度更高，并且能够直接被应用 的模块也比较多，比方说数据的接收可以通过adc模块来实现，执行器的控制 可以通过adc或pwm模块来实现。总而言之，基于

28、控制芯片stm8s208的各种功能和特性，它可以完全满足 主控制芯片的选取依据。这个控制系统所采用的是具备can控制总线的控制器stm8s208,其主要 特征介绍如下：(1) 低电压为2.95到5.5v,非常地节能(2) 具备在线调试和下载的功能(3) 速度非常高，可以达到24mhz(4) 具有16路通道的10位adc，拥有很强大的模拟信号能力(5) 具备集成的can控制器(6) 串行总线的接口有uart1、uart2、uart3这样3种(7) 硬件中的定时和中断器的数量比较多2、can总线收发器pca82c250我们所使用的pca82c250所具有的最重要的特征有：(1) 完全地符合iso

29、11898标准(2) 具有过流保护功能(3) 电磁辐射比较低(4) 没有上电的节点不会对控制总线造成干扰(5) 通讯速率高，可达到1mbps(6) 可以保护can总线的引脚，从而可以很大程度防止扰动(7) 传输驱动装置会受到温度的保护(8) 应用差分传输器，这样可以在很大范围内降低电池干扰和共模干扰3、电源隔离芯片can控制总线和控制器芯片stm8s208在电气方面上需耍隔离，同时控制 器芯片stm8s208的数字端和模拟端也需耍有电源隔离，因而需采用两个小功 率的电源隔离模块。这次设计就运用了 mornsum /b0505s-1w小型稳压输 入、1000vdc隔离非稳压输出模块电压。本模块所

30、具备的待点：(1) 温度持性好、漂移小，稳定性好(2) 隔离电压比较高，可以达到1000vdc(3) 利用效率也非常高，能达到80%左右(4) 不需要外加元器件，使得外围的设计更加地简单运用该接收器芯片时应该注意以下几个方面：为确保我们所应用的模块能 够安全可靠地实现高效运行的目的，除了明确自身的最大负载，还应该制定出 一个最小负载。同时在运行过程中，要做到必须运行在所被制定的电压范围中， 并且它的输出最小负载一定不能小于最大负载的10%。特别需要注意的是该产品应禁止空载运行。4、传感器的选择作为我们所关注的重点控制与测量系统性能，它们应该必须拥有安全、稳 定、快捷、实惠并且精准地实现信号转换

31、的目的。对所使用传感器的具体要求 如下：(1) 运行过程中可靠性高，反应速度快(2) 比较耐用，价格比较低，且方便地进行校准、维修(3) 精度合理，安全性好，静态响应和动态响应满足长期稳定的要求(4) 管理和检测系统之间的相互匹配性高，灵敏度高，转换线性程度比较好(5) 适用性和适应性比较强，并且功耗和对比较低。在运行期间对被检测的 状态影响比较小，且本身不能被外界环境所干扰，内部音噪小等。虽然我们的要求比较好，但能够满足我们以上所有耍求的传感器却儿乎还 没有。因而我们应该以所要运用的目的、被测对象的状况、所要运用的环境、 信号淮度精度和分析处理等具体要求，为了做到比较综合全面的考虑，因而在选

32、取所需要的传感器，应该做到各个方而的相统一。1、温度传感器车载信息显示终端的系统其屮一个重要的方面就是温度的检测，这就需要 温度传感器的应用了。其涉及到进气温度、排气温度、环境温度、机油温度和 冷却液温度。我们在通常的生活、实验屮，比较常见的温度传感器，主要有线绕电阻、压 敏电阻、热敏电阻和热电偶等这样几种类型。这些种类的温度传感器是各具特 色，所适合的环境也有所差别。其中的热敏电阻的响应速度比较高，灵敏度也 比较好，但不足的是线性度相对来说比较差，因而这种类型的温度传感器比较 适合应用到温度较低的环境中；另一种类型的温度传感器线绕电阻，它的精度 会比较高，但是它的不足是响应特性比较差；而热电

33、偶这种类型的传感器所测 量的温度范围比较宽，而且测量的精度也比较高，但是后期的处理比较繁琐， 它需要冷端处理和放大器的相互配合才能完成。通过以上对各种类型的温度传感器的特性的比较和区分，我们可以得到以下 的结论：通常状况下，高温传感器一般需要应用热电偶，低温传感器一般则需 要选取热电阻。2、压力传感器大气压力是影响发动机工作状态的一个重要的因素。但是由于不同地方的 地理差别，各个地区的大气压力有有所差别。当大气压力较低时，此时的空气 密度也就相对较低，流经空气流量计的单位空气的质量就会随着降低了。因而 这势必会导致发动机內的混合气浓度的升高，随之也会造成油气消耗的增加。 因此需要以大气压力传感

34、器所接收的信号为依据来进行更改，以便提供一个喷 油的更改值。我们这里所应用的传感器，也是比较常见的，它是压阻式的压力传感器。 选取这种类型的测量大气压力的传感器的原因如下：重复性好、灵敏系数高、 零点温度漂移小、尺寸小、滞后和蠕变小、适合于动态测量、分辨率高、零点 时间漂移小等。3、转速传感器转速是用户所需要获取车载显示终端信息系统中尤为重要的参数之一，本 次所要设计的系统所选用的转速传感器是电磁式的，这种传感器的工作原理是 基于电磁感应来实现的，它是将转速信号转变为脉冲信号。这种传感器中已经 内置了自身的所用电源，因而它的设计电路是非常简单的。这种转速传感器包含带齿的旋转轮和变换器，其屮带齿

35、的旋转轮是安装在 被测轴上的，我们可以利用以下的公式z. z 乂 n求得一定时间内所转的圈数。在我们所应用的公式屮，n表示发动机被测转轴的转速，为旋转轮上的齿数。若把检测器件的计数时间取为1秒，则检测器件显示出来的脉冲数就会是当时被测转轴的转速（每分钟）。3.3本章小结这一部分首先大致的构思了显示终端系统的总体结构，这将会为硬件部分 的设计提供一个基础，也将会为软件的实现提供一个实际的载体；其次又阐述 了显示终端系统的设计原则；最后详细的分析了显示终端系统中重耍的元器件 的选取条件和它们各自的主耍特征，这会为以下的硬件设计提供元器件应用的 基础。第4章硬件设计这一章参考了上一部分中的显示终端系

36、统的整体构造，还应用了已经选择 出的一部分重要硬件部分，并把各个模块进行细化，从而设计出各个部分的电 路。所要设计的电路包含电源隔离电路、输入信号调理电路、串口通信电路、 can控制总线传输电路、电源稳压电路、液晶显示电路、rom存储电路、步 进电机控制模块和主控制器基本单元电路。4.1电源稳压和隔离电路1、电源稳压电路显示终端系统的主控制芯片正常工作的电压为5v，并且大多数的外围电路 正常工作的电压也是5v,因而应用一个比较稳定的5v供电电源电路就成为了 显示终端系统能够正常运行的首要前提，电源的稳压电路如图4-1所示。vccd1-w图4-1电源稳压电路由硬件78d05的特性的需求，在常温工

37、作情况下输入端的电压应小于35v, 并且最大输出电流也不应该大于1a。当使用大散热片的情况下，最大耗散的功 率也不应该大于15w, 般加上散热片时，最大耗散的功率应该保持在5w左基于车载电压的设计特点，它所使用的前端电压为24v，正好处在硬 件78d05正常运行的电压要求下，但为了防止操作人员在接线过程由于正负极 反接而造成的危害，就在硬件78d05的两端和电源稳压电路的前端分别应用了 一个二极管。考虑到安全系数，于是在电源稳压电路中应用了一个电阻rh有了这个电 阻后，如果硬件78d05后端发生短路，它就会起到限流的作用，从而防止了 在发生短路后通过硬件78d05的电流急剧增加这种情况的发生。

38、应用电阻共32页第15页时，通过硬件78d05的最大电流/max也应由以下公式所决定:其屮nax表示允许通过最人电流，取500ma; 表示前端电压，其值取24v; vd1表示二极管的导通压降，其值取0.7v;由通常应用的电阻值，可以取代为 47欧。2、电源稳压电路由上一部分的讨论，为丫达到高速光耦的信号隔离的要求，需做到电源端的 完全隔离，并ii数字端电源和单片机端的电源应该采取隔离的措施。通过以上 的操作之后，所得到的模拟信号的采样会达到我们的要求。因而我们结合硬件 电路的需求，需要应用两个这样的电源隔离电路，下面我们就其屮一个隔离电 路进行分析，如下图4-2所示。图4-2电源隔离电路同时还

39、需要选择相匹配的滤波电容。所选取的电容如果太人，则可能会出 现不能正常启动的情况。而在每一路的输出中，为了达到确保在穂定可靠的环 境卜*运行的目的，这次就应用b0505s-1w数据手册所推荐的，其值可以取4.7uf、 10ufo需要应该注重的是，b0505s-1w需在一定的负载下才能正常地工作，其额 定负载为1w。由于在额定的工作环境下，它的输出电路屮不具备短路和过流的 保护功能，因而应该在输入端串联一个具有自恢复功能的保险丝f1,保险丝的 过流值/f应由以下的公式所决定：其中表示额定负载，其值为1w;表示输a电压，其值为5v;由计算公式和具有自恢复功能的保险丝，可以取为200m a。由于输出

40、的最小负载应该人于最人负荷的10%，因而可以取0.1w。同时为丫防共32页第16页止错误的操作，从而造成使输出端空载运行情况的发生，因而需要在输出端中 并联一个合适阻值的电阻，从而可以增大负载。应用以k的公式可以求出/?2:v2其屮表示最小负载，其值为0.1w; /?2表示输出电压，其值为5v。由常用的电阻值和计算公式，可以取尽为250欧。4.2主控制器的基本单元电路主控制器的基本单元电路包含有最小系统、单片机供电和软件下载口等模 ±夬，如下图4-3所示。5v-2gnd-2图4-3主控制器基本单元电路同时所要注意的是，在相互的地和电源之间需要应用一个去耦电容，其值 通常取o.lu f

41、。其次，因为单片机stm8s208能提供的最高频率为24mhz , 所以基本单元电路的外接无源品振的频率不应该超过24mhz,而应该取值为 16mhz,同时还应该应用两个20p的电容进行启动。4.3 can总线收发电路为了达到我们预期的目标，这里我们所应用的can控制总线，它们的各个 节点就得需要具备高抗干扰的性能，单片机stm8s208的can_rx和can_tx 这两个端口并不直接与pca82c250上的rxd和txd分别相连接的，而是与 我们所应用的高速光耦连接之后，再和pca82c250相连接。其电路图如下图 4-4所示。5v-1u4r3厂5q1ncvcc2ancdren3catidd

42、evout4(nd5v-26n137cni>15qr5cld-1r710qcantx5253gn_rxju7sitvo格txdrsgkdcanhvcccanlrxi)vrefjpca82c25ousl5v-1上t5v-20.1c150.1(14025£2r45v-1王l5厂cndncvoutcmiddeenanch:cncy66n137土3o.iufclh-pc17hj<1mo1c195qk65v-imvc18i20qriors5qr9cni>1图4-4 can总线收发电路与之相区别的是，和pca82c250所连接的部分所采用的电源是另外的5v-1 电源。这里所应用

43、电源的完全隔离，是由上一部分所提到的b0505s-1w所提供 的，在这里我们就不详细的分析了，所使用的这些有关电源隔离的部分，虽然 在接门电路中増大了复杂性，但是大大地増强了 can节点的安全性与稳定性， 因而这样所达到的效果在电路的设计中是比较重要的。can总线与pca82c250的接口部分也应用了一些的抗干扰和稳定的措施。(1) pca82c250屮canh和canl两个引脚各串联一个5 q的电阻, 再将以上的引脚和can总线相连。这里所应用的两个电阻可以起到三个作用第一、可以起到与一定的阻抗相匹配的作用。第二、可以起到一定的限流作用，这样能保护pca82c250防止受到浪涌 的冲击。第三

44、、可以与其电路中相并联的两电容构成一个rc滤波网络，这样可以 达到一定的滤去总线上的高频干扰以及防电辐射的效果。(2) 在can总线和地屮间应用一个防雷击管，这样，在输入端与地中间如 果出现了瞬变干扰的时候，就能达到一定的保扩作用。(3) 在两can总线中间应用一个终端电阻r1(),就可以产生卜面的功能： 第一、可以实现快速地进行信号源和传输线之间的阻抗相匹配的0的，从而大大地减少它们的反射，进而避免震荡。第二、降低辐射，减少噪声，防止过冲现象的发生。4.4液晶显不电路在车载信息采集系统屮，液晶显示应该是其屮一个比较直观的环节。这次 设计屮所采用的是ocm19264-1液晶显示器。这是一种基于

45、点阵图形的液晶显 示器，其中它是行列驱动和192x64全点阵液晶显示器。如下图4-5所介绍的 就是单片机stm8s208与液品显示器相连接的接门电路。'ic200. lu 5v-2ppg 54 pg3 pg4 pi0 pi1 pi2 pi3 pi4 pi5 pi6 pi7 pg5 pg6 pg7 pe455rw556e6 157bd0758bd1859bd2960bd31061bd41162bd51271bd61372bd71463cs11564rst1665cs21766cs318 1rs67 pwm10q341920pe 3stm8s2 08rllis 4-5液品显不电路vssvd

46、dvorsravedbodb1db2db3db4db5db6db7cs1rstcs2cs3veeled+lcd这里所应用的连接方法是一种典型的模式，因而我们就不再详细地介绍了。 液品显示的重点是在于编写软件；而在硬件方面，仅仅需要调节液晶的背光的 显示亮度。这次设计是利用单片机屮调节输出pwm占空比来调节其亮度而实共32页第19页现的。这里值得我们需要注意的是，在电路原理图的分布规划中，需要注意到程 序编写与pcb排板的因素：(1) 液晶显示终端的数据收发端口需要应用单片机中的相同的寄存器，我们 这里所应用的是pi 口，这样，就大大地方便程序的编写。(2) 在选取控制端门的时候，我们需注意要避

47、免pcb排板的线路的交叉， 这样，就可以减少跳线和过孔，因而就可以达到使电路板更加紧凑、美观的效 果。4.5 eeprom存储电路在车载显示终端中应用实时数据存储器，这是一个较难解决的问题。采集 实时数据相对于历史数据来讲更为重耍，因为它耍求即使在断电后也同样能保 存所需要的数据，并且为了能达到数据实时传输的高准确性，因而执行的周期 尽量越短越好。现在通常所使用的大部分是eeprom,但因为擦写速度非常有限，因而检 测数据不能根据车载要求而实时地进行写入，所以我们在这里选取eeprom在 本节中就显得非常关键的。这部分所采用的是一种非易失性的eeprom。和一 般的eeprom相比较，这种ee

48、prom的写入速度非常快，这恰恰符合车载显 示终端中数据需耍实时传输的要求，同时也具备读写次数无限、成本较低的优 点。eeprom的存储电路如下阁4-6所示：图4-6 eeprom存储电路因而在我们所应用的这个电路屮，3.3v逻辑系统与5v逻辑系统是共同存 在的，这就需要我们应用一些方法来对两个不同的电平进行转换，我们通常所 应用的措施是利用一个电压转换芯片来实现。此外，还有一种比较实用和简便 的方法，就是在eeprom与单片机的接门处应用一个能起到限流分压作用的电 阻。4.6串口电路由于研究环境等客观条件，一般的工厂中还没冇can总线的逻辑分析仪 器。因而在调试过程中，为了达到直观人方的效果

49、，我们在串口总线和pc之间 通讯。我们所采用的模拟适配卡的电路如下图4-7所示：5v-2c22c2435uf 1 i335uf 4c2351091112c1-c2+c2-t2inr2outtlinr loutvcc vgnd t2odt 7 r2irj8235ii16635i15c25 <t1 odtl4 rlir13max23 2gnd-2 lu图4-7串丨i电路在软件上，我们需应用一个can总线数据转uart的模块，应用这个模 块以后，可以大大地简化我们在以后的调试、试验过程中与上位机的连接。4.7本章小结本章先提出了硬件大体上的细分结构，然后又逐一地进行各个硬件电路的 解说和分析，

50、分析了各个模块的设计理念、作用以及在车载显示终端上的设计 h的，最后我们经过分析和讨论，又提出了在硬件中应用抗干扰的一些措施。 本章中各个硬件模块同吋也是下一部分所介绍的软件的实物载体。因此，硬件 上干扰的弱化也同样会减轻软件上抗干扰的负担。第5章车载显示终端系统的软件设计如今大多数所采用的系统设计是模块化，这是为了方便我们今后的调试， 同样也是为了我们今后更好地实现扩展功能和移植和修改程序，本文同样也是 应用了模块化的开发设计方法。一个软件系统性能是否好用比较重耍的因素要 看程序结构的是否合理，结构合理的程序可以大大地增强程序的运行速度和安 全性，下面我们就详细地介绍一下所应用的各个模块的作

51、用以及如何实现的方 式。5.1数据釆集节点的软件设计对整个系统所需的数据进行采集是每个数据的采集节点的主要作用，这些数 据节点所采集到的数据将会为can总线的数据接收提供重要的支撑作用。我们 在这里主要所需采集的数据有模拟量、开关量以及脉冲输出量。1、开关量的确定模块我们通常所应用的是查询的方法，但在这里我们则需要注意抖动的预防问 题。在使用过程中，开关量可能是我们自己所设定的，因而就要考虑我们自身 的反应时间了。如下图5-1所示，图5-i开关量检测r程序流程图2、a/d转换模块在a/d转换模块中，我们这里所选择的是stm8s208芯片中的模拟输入通 道，在此模拟输入通道屮进行ad转换后，将数

52、据进入ad转换并完成屮断。 同时stm8s208的内存中又开发使用了一个ad转换后的数据存储区，因而可 以将转换后的数据存放到存储区内，这样就可以为我们提供在以后所需要的实 时采样数据。我们所应用的ad转换的子程序如不图5-2所示。图5-2 ad的软件转换子程序5.2 can总线的通信模块软件设计首先，在stm8s208屮我们所使用的can控制器模块，当在这个模块工作 时候之前我们需要对其进行有效的初始化。在can总线的控制器初始化后，我 们应先正确无误地配置can总线通信的波特率，然后再设置对各节点的采样次共32页第23页数、同步方式、标识符和同步跳转宽度等参数。进行初始化的流程图如下图5-

53、3 所示。can控制器ti5.3显示终端模块的软件设计1、液晶显示模块通过对接口控制信号命令的改变，液晶可以实现工作时序产生的要求，因 而我们需要首先明确硬件接口的高低时序，然后再对各个子程序进行编程。 stm8s208的液晶显示屏的实现软件的流程阁如下阁5-4所示。图5-4液晶示的软件流程图2、指示灯模块在我们通常所使用的汽车上，存在着许多各式各样的指示灯，例如报警灯、 转向灯、示意灯等。如何控制这些指示灯，其实我们需要在相应的时间来控制 一定的指示灯。stm8s208芯片中也就给出了这样的控制端口，然后我们通过 控制输出电平高低的控制就可以实现这些指示灯的控制，从而就可以达到仪表 面板上制

54、定效果的显示。5.4本章小结木章我们主要介绍了系统中软件的各个部分的设计以及实现流程。根据模 块化结构的构思，我们把每个功能模块进行了更加详细地细分，把它们分成独 立的程序模块并加以简要地介绍。这样我们就可以对软件的功能实现进一步的 进行了解，也会有助于我们对相关程序进行调试，使得功能的实现和扩张更加 的便捷，同时也增强了程序可移植性。第6章结束语本课题的研究是以车载显示终端为研究方向，通过我们的研究分析，在基 于can总线的通信协议下，可以实现对我们在行车过程中所需要的车载信息的 采集、can控制总线的串口通信以及液晶显示等，可以达到一个车载显示终端 在功能上与理论上效果实现。我们总体的设计工程是应用了硬件加软件的构思 结构，通过硬件的架构、连接、分析、完善，使得这个系统运行的更加安全可 靠，运行速度更加地快捷，经济成本更加地低廉。这在硬件方面可以很大程度 上满足用户的需求。在软件编程方面，我们是基于c语言来