基于CAN总线的车辆虚拟仪表数据采集系统设计

以及动磁式仪表驱动。由其构成的F/V转换电路外围元件少，调试容易，工作稳定可靠。图2所示，整形后的转速脉冲信号经滤波网络和限幅输入CS289第10脚，电压信号由第8脚输出，经滤波消除可能的工频干扰后送采样电路。本电路中，输出电压和输入频率的关系由下式决定：上位机据此线性关系解算出频率值。为保证F/V变换具有足够高的线性度，应合理选取的值。

3 系统软件设计

系统软件主要完成三项任务：1、传感器信号的采样与解算；2、上位机请求数据时将采集的数据传送给上位机；3、接收到上位机自检命令时，上传数据完成传感器信号到标准信号的切换。程序流程如图3所示。

图3 程序流程如图

主程序采用模块化编程。具有故障自诊断功能是虚拟仪表的重要特征之一，为此数据采集系统中设计了3组标准信号，分别是频率信号、电压信号和电阻信号，自检模块的主要功能是：当接收到上位机发出的自检命令后，微控制器断开传感器输入，标准信号被接入数据采集系统，将得到的数据上传到上位机与标准值进行比较，以确定故障点是传感器系统还是数据采集系统，若自检通过则表示数据采集系统工作正常。数据发送模块主要实现对上位机的数据通信，本系统设计为每隔20毫秒将数据分组发送到上位机。数据转存模块完成各种数据写入在片主RAM的操作，为了区分数据类型，需要在数据块中添加相应的类型标识码，该码由用户层协议自行定义。A/D采样模块控制系统采样过程，并将每一路12位采样数据分两次读入指定的RAM单元中。

频率信号处理模块完成对捕获端口频率的测量，其基本思想是：在被测信号的一个周期时间内，2次脉冲下降沿分别启动和停止定时器T2计数，两次计数值之差的倒数即为频率值，本模块只需计算差值，频率值由上位机解算。

3.1 CAN控制器编程

本系统软件设计的一个难点在于关于CAN的编程。本系统处理的CAN程序模块有：CAN初始化子程序、CAN中断程序和CAN数据收发子程序。

CAN 是Controller Area Network 的缩写，是国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应"减少线束的数量"、"通过多个LAN,进行大量数据的高速通信"的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN总线的基本特点：

*CAN协议废除了传统的站地址编码，采用数据通信数据块进行编程，可以多主方式工作。

*CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免了总线冲突。

*CAN采用短帧结构，每一帧的 有效字节为8个（CAN技术规范2.0A），数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。

*CAN的每帧数据都有CRC效验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境中使用。

*适用于现场设备与仪表之间或者与其上位设备间的通信网络，可以统一组态，相互操作，控制功能分散到最底层。

*CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其它操作不受影响。

*CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据

*CAN总线直接通讯距离最远可达10km/5Kbps,通讯速率最高可达1Mbps/40m.

*采用不归零码（NRZ-Non-Return-to-Zero）编码/解码方式，并采用位填充（插入）技术。

CAN控制器是以CPU存储器映像外围设备出现的。P80C592的CPU与CAN控制器之间的数据传输通过4个特殊功能寄存器来实现，即： CANADR、CANCON、CANSTA和CANDAT,通过这四个特殊功能寄存器，CPU可以访问CAN控制器内部的任一寄存器（地址为0~29）和 DMA逻辑。表1给出了这四个SFR的功能简述，其中CANCON和CANSTA的读写操作含义不同。

表1 SFR功能简述

CAN控制器初始化（图4）是CAN通信中一个非常重要的子程序，程序是否合理将直接影响整个通信过程。CAN控制器的初始化首先必须通过置位CAN控制寄存器的"复位请求"位，置位"复位请求"并不影响正在进行的一个收发作业，特别需要注意的是，只有当复位请求被置位时，CAN内部地址为4-8的寄存器方可被访问，在复位操作结束后必须将该位置0以保持所进行的设置并使CAN返回工作状态。

图4 CAN通信中一个重要的子程序

P80C592和其在片CAN控制器都具有