基于CAN总线的电动汽车数字控制系统研究

　　 6)采用非破坏性总线仲裁技术。当两个节点同时向总线上发送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可以不受影响继续传输数据，这大大地节省了总线仲裁冲突时间，在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪。

　　 7)直接通讯距离最大可达1k0m(速率在5kb／S以下)，最高通讯速率可达1Mb／s(此时距离最长为40m)。节点数可达110个，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。

　　 8)CAN总线通讯接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

　　 9)CAN总线采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。

　　2 系统设计

　　 电动汽车数字控制系统主要由电机驱动控制系统，电池管理系统，动力装置的冷却系统，汽车电器、仪表显示、供电系统，信息通信系统等组成。电动汽车采用双CAN总线结构，电机驱动控制系统、电池管理系统和信息通信系统均采用高速CAN总线通信；动力装置的冷却系统，汽车电器、仪表显示、供电系统采用低速CAN总线系统；高、低速CAN总线系统之间采用网关进行交换，如图1所示，CAN总线符合CAN．20B标准和15011898国际标准。通信介质采用普通屏蔽双绞线。

　　 选择合适的MCU是CAN总线数字仪表控制系统设计成功的关键。它必须能适应各类复杂监控系统的要求，如实时性、低功耗、快速数据处理、集成数模外设功能、集成CAN总线接口，还应该集成充足的Flash或RAM供程序、数据存储，以简化电路，提高系统的可靠性。此外，它还要具有低成本和恶劣环境下的适应性。在综合比较了当前业界流行的几款MCU，如DSP2000系列、ATM89系列和C8051F系列之后，最终选择了Cygnal的C805lF这一系列高性能8位单片机。

　　 C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片SOC具有与MCS51完全兼容的指令内核。由于采用了流水线处理技术，不再区分时钟周期和机器周期，大大提高了指令执行效率，使其处理速度不逊于许多16位单片机。在低功耗的同时它还拥有着控制系统所需的丰富模拟、数字外设，大量的外设功能接口，通过交叉开关表分配到64个I／O引脚，这一独创性设计使得芯片集成度大大增高。此外，C805lF还采用了Flash ROM技术，集成了JTAG，实现了真正的在线编程和片上调试。

　　3 接口电路设计

　　 系统中选用Phliips公司的CAN总线收发器PCA82C250，PCA82C250是CAN控制器和物理层总线之间的接口，符合CAN国际标准15011898，它可以提供总线的差动发送能力和接收能力。用PCA82C250的目的是为了增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰，实现热防护等。PCA82C250允许的最高通信速度可达lMbps，最多节点数可达110个节点。它可以使系统具有较好的开放性和灵活性，即使该CAN总线在不要求所有节点及其应用层改变任何软件和硬件的情况下，可自由地增加或减少控制器节点。

　　 C805lF040内集成了完全支持CAN2．0A和CAN2．0B的CAN控制器，独立的消息RAM可以处理32条消息对象，每个消息对象都可以进行发送和接收滤波，最高工作速率达到1Mb/s，能够完成CAN总线协议数据链路层和应用层的所有功能；其中CAN总线的竞争处理、CPU接口、同步、数据的一贯性以及连续性保证，都是由硬件来解决，CPU因此得以腾出大量的精力来处理其他的用户功能。以上这些特性，使得C805lF040成为CAN总线节点微控制器的良好选择。因而系统不需要专门的CAN控制器。通讯接口电路设计如图2所示，82C250是CAN控制器和物理总线间的接口，它是专用的CAN驱动芯片，提供对总线的差动发送和接收功能。为了增强CAN通信的抗干扰能力，在缓冲器和CAN驱动之间设计了光电隔离电路。采用的是高速光电隔离芯片6N137，输入与输出的供电电压也都采用5V。同时为了避免电源引起的干扰，CAN通信部分采用单独的DC—DC电源模块供电。