PIC单片机在汽车电动车窗控制器中的应用

随着汽车电子技术的发展，越来越多的电子产品装载到汽车上，极大地提高了汽车的动力性和舒适性，同时也增加了车内布线的难度和成本。CAN（Controller Area Network）作为一种串行数据通信总线，由于具有良好的可靠性、实时性及灵活性，已经成为国际标准（ISO11898）[1]，在汽车电子系统中得到了广泛的应用。

　目前，在CAN系统设计中，使用最多的是单片机外挂独立的CAN控制器，如Philips公司的PCA82C200、SJA1000以及Intel公司的82526、82527等芯片。但是采用此类芯片的设计方案不利于系统集成化。本文以Microchip公司内部集成的CAN模块PIC18F258单片机为核心，介绍CAN总线电动车窗控制系统的硬件电路结构及软件设计流程。由于PIC18F258单片机对CAN收发器PCA82C250进行数据操作时只需要TXD、RXD两条数据线，这样就大大简化了硬件电路的设计，提高了系统的可靠性。

1 电动车窗控制系统通信网络的构成

　电动车窗控制系统通信网络共有4个CAN节点电子控制器，分别是：左前门主控制器、右前门子控制器、左后门子控制器、右后门子控制器。采用CAN总线通信技术可以实现4个车门控制器之间的通信,如图1所示。

　操作主控制器除了可以控制驾驶员的车窗玻璃升降外，还可以通过CAN总线控制其余乘客车窗玻璃的升降，同时子控制器也可控制各自位置车窗玻璃的升降。主控制器由Microchip公司的内部集成了CAN模块的PIC18F258单片机、6N137高速光电耦合器、PCA82C250总线收发器等三个主要部分组成。考虑到设计成本和软件编程的方便性，子控制器选用了与主控制器相同的芯片，且具有相同的硬件电路结构。

2 功率驱动芯片及其应用电路

Motorola公司的功率驱动芯片MC33486以其强大的功能和优异的性能在汽车电子中得到了广泛的应用。此芯片的应用模式为桥式结构[2],芯片内部有2个高端MOSFET驱动管MOS1、MOS2，外接2个低端MOSFET驱动管MOS3、MOS4组成一个完整的H桥，实现车窗电机的正、反向控制。同时，利用Cur R端的电流镜像功能可方便地实现过流保护和车窗的防夹功能，如图2所示。

OUT1和OUT2是MC33486的两个高端输出引脚，直接驱动车窗电机M。IN1和IN2受微控制器的控制。当IN1为高电平‘1’，IN2为低电平‘0’时，相应的GLS1输出低电平，GLS2输出高电平，此时MOS1、MOS4导通，MOS2、MOS3截止。OUT1输出正电压而OUT2接地，车窗电机朝某一个方向运转。反之，当IN1为低电平‘0’，IN2为高电平‘1’时，相应的GLS2输出低电平，GLS1输出高电平，此时MOS2、MOS3导通，MOS1、MOS4截止。OUT2输出为正，OUT1接地，车窗电机反转，达到升降车窗玻璃的目的。此外，MC33486在待机模式下有非常低的静态电流，在正常工作时的输出电流为10 A，最大峰值电流为35 A，直流输入电压的范围较宽，可达8 V~28 V。当电压高于28 V时芯片具有过压保护功能。由于该器件性能完善，因而可减小电动车窗控制器的体积，提高EMS（电磁兼容）特性。

3 CAN控制器硬件电路设计

　对电动车窗控制器硬件电路设计的总体要求是系统简单、容易实现、性能稳定可靠，在满足要求的情况下尽量降低成本。

　CAN通信系统硬件电路主要由三部分组成[3]：PIC18F258单片机、6N137高速光电耦合器、PCA82C250总线收发器。电路原理如图3所示。

PIC18F258是美国Microchip公司生产的内部嵌有CAN总线控制器的高性能PIC系列单片机，由于其超小型、低功耗、低成本、多品种的特点，其应用范围十分广泛。PIC18F258是集成了CAN模块的微控制器,有着先进的精简指令集构架、增强型内核、32级堆栈，片内具有Flash程序存储器、EEROM数据存储器、自编程功能、在线调试器（ICD）和多种内部、外部中断源，并采用了程序和数据空间完全分开的"哈佛"结构。这种结构大大降低了PIC微控制器的总体成本，同时提高了运行效率。在电路中，PIC18F258单片机是CAN总线接口电路的核心，主要完成CAN总线上数据的发送和接收，实现串行数据的分解及组合，保证通信的正常畅通。

PCA82C250是Philips公司的CAN总线接口芯片，是CAN控制器与物理总线之间的接口，提供对总线的差分发送和接收的功能,它与ISO11898标准完全兼容，有三种不同的工作方式,即高速、斜率控制和待机，可以根据实际情况加以选择，在本方案中选择高速工作方式。该芯片引脚少，使用简单。CAN总线采用PCA82C250芯片作为与总线之间的接口，PCA82C250的CANH、CANL引脚各自通过一个电阻与CAN总线相连，电阻可以起到一定的限流作用，保护PCA82C250免受过流的冲击。另外，CANH和CANL与地之间并联两个小电容，可以滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射。光电耦合器采用General Instrument公司生产的高速逻辑门输出光电耦合器6N137，它的最大传输延迟时间是75 ns，典型值是46 ns，采用6N137高速光电耦合电路可以很好地实现总线上节点之间的电气隔离,同时可提高系统的抗干扰能力和传输信号的能力。使用时，光电耦合器的两个电源VCC和V′CC必须采用电源隔离电路进行完全隔离。