LIN总线以及专线的的系统架构

1引言在这个技术大变革的时代，汽车电子的技术发展也是相当的迅猛。为了更好地得到用户的口碑和信任，各大汽车厂家越来越注重自身技术的进步。现在的汽车电子技术已经与传统的技术不同，不再是像以前那样去对汽车的部件进行一个点对点的控制，现在技术已经升级为可以根据汽车的行驶状况和客户想要的需求对汽车进行有针对性控制。现在的汽车协调工作越来越多，如果仍然采用曾经的控制方式，那么会车辆自身的布线就会非常复杂，后面的线束维护和维修会十分的麻烦，而且传统的布线已经不能保证实时的通信，这样对汽车的性能会有很大的影响。等等问题已经决定了传统的布线方式已经不能满足当今汽车发展的需求。车载网络就是在这背景下产生，该技术的发展目前已经汽车工业的发展产生了深远的影响。1.1车灯的总体发展情况汽车上的灯光照明系统是汽车的重要组成不等。汽车大灯给我们夜间行车提供了良好的保障。所以广大的车友为了夜间的行车安全，在购车时往往会把汽车大灯的明亮度纳入考虑范围，汽车厂家也为此努力研究。灯光的用途多种多样，从最开始用于照明到现在的用于装饰、警示等等。卤素灯卤素大灯即白炽灯，并加入卤族元素的应用。加入卤素元素后亮度寿命都得到了很大的提高。卤素元素是将升华的钨通过卤钨循环原理将灯壳上的黑化物去除，从而提高亮度，这就是卤素灯的来由。氙气大灯氙气是惰性气体，通过高压可以将氙气电离电源的两级之间产生光源。高压是将汽车的12V电源通过增压器增至23000V。这样的光源优点是亮度高、寿命长、光看起来更有档次。LED大灯LED灯也叫发光二极管，他它体积小，启动速度快，而且还集合了氙灯所有优点。这些优点可以将灯光做的更完美，更炫酷。而且时效性高。激光大灯激光大灯是是之后大灯的发展趋势。其实就是将二极管发出的蓝光大灯单元内荧光材料，将其转化为白光。他包含了LED的优点，而且它更加的节能和省油。总结汽车的灯光是汽车中重要的一部分，汽车的发展不断进步，车灯的技术也在不断进步，他们相辅相成。我相信，随着科技的进步，车灯会发展的路会走的越来越远。1.2转向灯技术现状1.2.1汽车照明背景经过十多年的发展，LED产业技术土匪猛进。现在大部分光源都为LED。主要由于实用性的提高和成本的降低。目前LED已经广泛应用在室内室外的照明、液晶显示、景观照明等等领域。随着LED行业不断成熟，人们消费理念发生转变，LED汽车照明也迎来了黄金发展期，从一开始的内饰照明到后来的信号灯，再到这两年的前照明灯具，LED已经开始逐步取代传统的氙灯，开始覆盖中高端汽车照明市场，同时有向普通车型漫延的趋势。汽车市场是个成熟的市场，全球的销量总体来说是稳步的增长，全球年增长约3－4％，全球年销量约8000万辆。汽车照明LED的主要应用市场是取代传统的氙气灯，乃至卤素灯。由于传统的氙气灯亮度低、光效低、启动时间长，而LED体积小、亮度高、光效高、易于配光而且成本在也开始越来越低，这让LED灯越来越成为照明的主流。1.2.2目前厂商情况由于汽车照明的高性能，高可靠性要求，以及汽车行业的相对封闭性等情况，现阶段Lumileds与osram占有前大灯市场80％以上；三星的主要市场在韩国，占10％；其余市场为日亚与台湾厂家瓜分；国内厂家近年来逐步推出相关产品，试图进入该市场。1.2.3LED厂商推出的各产品现状因汽车大灯对技术、可靠性及使用的环境要求非常高，因此在设计产品时需要注重以下内容：单颗芯片的大小一般为38～40mil，驱动电流1A到1．2A，预计可增大至60mil，以便通更大的电流。由于发热大，产品的芯片贴陶瓷荧光膜片，以防温度过高，膜片移动或是损坏。LED车灯的基板为陶瓷氮化铝基板，散热效果好，基板金属部分镀金，基板稳定性能好。齐纳二极管保护，静电防护10KV。采用耐高温荧光片及白色复合材料。现在的LED知名厂商主要有欧司朗、亮锐、日亚、三星等这些厂家。这些厂家的产品在同一条件下，基本上差别不大。但是欧司朗、亮锐产品相对来说比较好，而日亚采用的是长条形的荧光片，这样的好处是无暗区，明暗截止线好。而国内厂家在这方面要稍差点，另在同等尺寸芯片下，亮度要比外国差5～8％，所以国内厂家会通过增大尺寸来提高产品亮度，但是增大尺寸又会造成远光照度不够等问题。1.3本文的设计转向灯的作用用来提示其他车辆或者行人我要转向用的，一般转弯，并线，还有紧急情况下的双闪灯都是它来司职，发出黄色且规律闪烁的等光，提示其他车辆和行人注意安全。让过往的车辆和行人有足够的反应时间来了解本车接下来要做什么。本文主要研究汽车车灯上的转向灯。来更深层次的研究汽车转向灯技术。本文开始介绍了LIN总线以及专线的的系统架构。后面介绍了本系统索要用到的硬件XC822单片机、TJA1020LIN总线收发器、LED灯的驱动以及所要用到的LED灯进行了一个介绍。后面是实现该系统的软件流程图和介绍。最后对这起系统的仿真进行了展示。2系统设计2.1LIN总线的介绍2.1.1LIN总线概述

LIN协议是由欧洲车辆制造商协会等开发低成本的串行通讯网络，其主要作用是来方便控制一些简单的汽车电子系统。其实是对CAN总线等一些其它汽车通讯网络的一种补充。其主要的用途是传输开关设置状态以及对开关变化响应。此协议允许在一根线上进行双工通信。对于对网络带宽和性能以及容错率上面要求不是太高的应用，我们用RC震荡器驱动的小成本的微型控制器来控制。LIN总线是基于SCI(UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，是UART中的一种特殊情况。2.1.2LIN总线通信规则LIN总线的工作电压一般是9到18伏，但是所有连接到总线的设备必须能够承受40伏。在一般情况下，微控制器与LIN总线收发或者是一个线路驱动器或与总线进行隔离。每个字节上都有一个起始位和停止位。LIN总线在空闲状态下起始位的状态是0停止位的状态是1。传输是在每个字节里面的最低有效位。LIN总线网络是由一个主节点和一个或多个从节点组成，它们都有一个发送或者接收的通信任务。LIN的通信开始是由主节点发送任务，主控制器端发送开始消息包其中含有同步断点和同步字节的标识符。那么相应地，在接收和筛选消息标识符之后，将激活一个从节点开始消息回应。响应由2/4/8个数据字节和一个校验和代码组成。start和reply部分组成一个完整的消息框架。2.1.3LIN总线软件操作LIN协议程序使用由RB0触发的中断来实现总线休眠/唤醒。当触发中断程序的低水平计数数据位的长度,然后读取数据同步字节和确定时间,然后随着时间的原始数据位相比,确定初始低电平时间大于10位的时候,超过10为同步中断,不到10信号醒来。如果是唤醒信号，程序退出并继续等待同步中断。在同步中断的情况下，程序读取命令字节，检查奇偶校验位，并检查操作表以确定下一个操作。操作表定义总线上数据的源或目标。

一开始要初始化LIN协议的从节点处理程序。初始化完成后，用户就可以执行自己的程序。后面检测RB0引脚，如果发现下降边缘，用户程序就会中断。当检测到下拉边缘时，程序跳转到中断服务程序。必须禁用除TMR0和RB0中断之外的所有中断源，以便准确地测量同步字段。计算波特率之后，中断服务例程退出执行。

下一次RB0中断，LIN协议就将自动接收标识字段和数据字节。如果检测到标识字段的起始位，则接收并解码标识字段。然后根据接收到的标识(如存储数据或点亮LED)执行代码。当总线上的帧完成时，将设置FCOMPLETE标志。该标志表示所有数据都已正确接收，可以稍后处理。此标志由用户的固件清除。

由于LIN协议成本低，在汽车行业当中有很大潜力。微处理器可以使用一个内置的RC振荡器，并运行在各种设备上，如4MHz时钟频率的微芯片上，这使得设计师可以以尽可能低的成本设计应用程序。2.1.4LIN总线技术特点及优点表2-1LIN总线的特点表及优点表序号LIN总线技术特点LIN总线有点1单主机,多从机结构(没有总线仲裁)LIN是一种低端网络系统,可提供简单的网络解决方案,支持网络节点的互操作性,大大减少了系统安装、调试和接线的成本和时间。LIN的通信量小、配置灵活、单线连接及单主机/多从机的通信结构通过主机节点(网关),可将LIN与上层网络(如CAN)相连接,实现LIN的子总线辅助通信功能,可优化网络结构,提高网络效率及可靠性。2确定性的信号传输3低成本的单线实现4配置的灵活性5数据校验和的安全性和错误检测6网络中故障节点的检测7基于普通UART/SCI接口的低成本硬件、低成本软件或作为纯状态机8带时间同步的多点广播接收,从节点无需石英或陶瓷振荡器9不需改变LIN从节点的硬件和软件即可在网络上增加节点2.2系统简介系统介绍：硬件的控制系统主要是由一个xc8228位单片微控制器和TJA1020收发器以及一个LED驱动构成。本系统主要是由一个主控制端和一个从控制端组成。主控制端通过LIN总线发送转向灯控制信息，在从控制端上TJA1020接收到LIN总线信号后将其转化后发送给XC822，之后由微型控制器来控制转向灯。在从控制单元接受到信号之后按照指令要求执行，并将执行结果反馈给主控制端。在从控制端接收到结束信号后，转向灯在熄灭。图2-1为系统的总体框图，图2-2为系统主机控制系统的框图，图2-3为从机的系统框图。总体的系统架构图：图2-1总体系统框图从机控制单元：图2-2从机控制单元框图3硬件设计3.1XC8228位单片微控制器3.1.1单片机特性上电复位产生IO供电和内核逻辑供电的压降检测用于产生时钟的48MHz片上OSC可编程16位WDT），提供时钟是由独立振荡器完成的，用于刷新操作的窗特性可编程设定以及溢出之前的预警功能三个端口4通道10位ADC多达4个通道，超出范围比较器三个16位定时器周期性的唤醒定时器主要用于（MDU/CCU6）支持接口（CCU6/SSC/IIC）支持LED和触摸感应控制器（LEDTSCU）片上调试支持，通过单引脚DAP接口（SPD）实现封装：–PG-DSO-20–PG-TSSOP-16温度范围TA：–SAF(-40至85°C)–SAX(-40至105°C)–SAK(-40至125°C)XC822功能单元图3-1单片机功能单元3.1.2XC822框图图3-2XC822框图3.1.3XC822逻辑符号图3-3XC822逻辑符号3.1.4XC822引脚配置图3-4XC822引脚图3.2TJA10203.2.1TJA1020概述\t"/item/TJA1020/_blank"TJA1020收发器是连接汽车上各个主从控制单元的芯片，是LIN总线间机传输的协议控制器及接口，为了减少电磁辐射将其发送到协议控制器通过RXD销收发器。低功耗管理模式在休眠模式下消耗更少的电流。3.2.2TJA1020工作模式TJA1020有四种工作模式：睡眠模式、准备模式、普通斜率模式、低斜率模式。每种工作模式都有他们的作用，相辅相成使得TJA1020芯片更好地工作。TJA1020在休眠模式下的线路ecu功耗非常低。运行模式为普通斜率模式和低斜率模式。准备模式是一个中间模式。在普通斜率模式下，收发机可以通过LIN总线收发数据。通过LIN收发机发送数据流，转换成总线信号。控制转速和波形，降低电磁辐射，通过机器端内阻将LIN总线输出引脚变成高电平。低斜率模式中，发送器的输出上升和下降斜时间来驱动LIN总线。模式的选择是在LIN收发器引脚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。图3-5TJA1020引脚图图3-6TJA1020结构图3.3AP51033.3.1特点及应用表9-1AP5103特点及应用表序号产品特点产品应用1宽输入电压范围：12V～60VLED电动车灯，三面摩托车前大灯，汽车工作灯，汽车长条灯，低压球泡灯，低压投光灯等低压LED灯具2可设定电流范围：10mA～3500mA3工作频率：300KHZ4内置抖频电路，降低对其他设备的EMI干扰5峰值电流模式采样，成本低性价比高60-100%占空比控制，无电流节点跳变7内部集成智能过温保护，输出短路保护，过温保护线性降电流，不闪灯不灭等，有效延长灯珠的使用寿命。3.3.2AP5103电路图图3-7AP5103电路图4软件设计4.1从机节点的软件设计从机任务主要是来检测RXD电平的变化的。如果再收发器上接收到了显性电平，然后对其数据进行校验，如果标识符不是自己本机的ID，那么就跳过，等待下一帧。主要流程为从机节点首先初始化端口、时钟、定时器，然后进行系统设置，在系统设置下面有接收字节，检查同步字节、波特率自动校正和从机功能模式4种状态。但是我们要经过接收字节到检查同步字节、波特率的自动校正才能到从机的功能选择，这需要看我们收到的是什么信号。从机功能模式下有3种命令模式我们接收到广播命令的话我们就对广播数据进行处理，接收到单机命令的话就对命令数据进行处理，假如是状态查询的话就返回状态。程序的流程是这样的。详情见下面流程框图。下图为从机节点的软件流程图：图4-1从机节点软件设计图4.2数据接收和发送设计接收数据的流程首先将串行口的速率加倍，之后设置定时器的超时保护，下面接收数据将其放入到校验和缓冲区，全部接收完成后校验字节，之后校验数据。这个流程为数据接收。数据发送的流程首先是设置串行口模式为1并允许接收，后面就发送数据，发送完后在发送一个校验和字节。这就是数据发送的流程。详细的框图如下：数据接收流程图：图4-2数据接收框图数据发送流程图：图4-3数据发送流程图4.3收发器的工作收发器的工作主要就是确定TJA1020的工作模式。来更好让收发器工作。其工作的流程是这样的：首先将收发器初始化为准备模式，等待总线请求，如果有请求，那么判断是否要用低斜率模式，判断完成后启动总线，总线启动完成后就要检测总线控制是否超时了，如果超时的话就让收发器进入睡眠模式来降