基于CAN总线技术的汽车ECU设计

　　从图2中可以看出，电路主要由3部分组成：单片机AT90CAN128、高速光耦6N137和高速CAN总线收发器。单片机AT90CAN128主要负责传感器信息的采集、内部CAN控制器的初始化并实现数据的接收和发送等通信任务。在ATA6660与CAN总线的接口部分也采用了抗干扰和安全措施，ATA6660的CANH和CANL引脚各自通过5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护ATA6660免受过流冲击。CANH和CANL与地之间并联两个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。另外，在两根CAN总线与地之间分别接了一个防雷击管，当两输入端与地之间出现瞬变干扰时，通过防雷击管的放电可以起到一定的保护作用。
　　3.2软件设计
　　系统软件设计主要包括信号采集和CAN接口通信程序。利用AT90CAN128片上集成的ADC模块可以采集一些常规传感器的模拟信号，如油压、水温、气压等信号；利用定时器/计数器模块采集传感器脉冲信号，如转速、行驶里程信号等。对于模拟量信号，在经过放大器处理之后，可以直接控制单片机的ADC模块对其进行采集；对于脉冲信号，在对其进行采集时需要进行整形处理，如转速传感器获取发动机飞轮旋转时轮齿的信号，是正弦交流信号，将其整形为方波信号，利用定时器/计数器模块采集方波的频率来完成速度采集。为提高转速采集的实时性，通常采集脉冲信号的周期（两个脉冲信号上升沿或下降沿之间的时间）来计算其频率，并计算发动机转速，计算公式如如式（1）所示。

式（1）中为系统时钟周期，为分频系数，为发动机飞轮齿圈齿数（对于康明斯发动机为为轮齿脉冲两次上升（或下降）沿的计数器值。

　　CAN接口通信程序主要包括CAN控制器的初始化、数据接收和数据发送程序。主程序通过调用函数来实现数据的接收和发送，流程图如图3所示，在数据接收程序中，通过查询方式读取相应消息对象中的数据。

　　CAN控制器初始化工作主要包括波特率参数设置、接收屏蔽寄存器及接收代码寄存器的设置、使能允许寄存器的设置等。通过总线定时器寄存器CANBT1、CANBT2、CANBT3来设置波特率参数。AT90CAN128中提供了一组由4个验收码寄存器（CANIDT1～CANIDT4）和4个验收屏蔽寄存器（CANIDM1～CANIDM4）组成的验收滤波器，信息只有通过它的验收滤波才能被接收；所有验收屏蔽寄存器为0的位，验收码寄存器和CAN信息帧的对应位必须相同才能验收通过，而所有验收屏蔽寄存器中为1的位，验收码寄存器对应位的验收滤波功能则被屏蔽。通过设置验收滤波器，既可以实现节点与节点之间的点对点通信，也可以实现一点对多点的广播式通信，使整个数据通信网络更加灵活。
　　4、实验
　　采用本文设计的汽车ECU对车辆上的模拟信号（水温、压力等），脉冲信号（转速、里程等）进行采集，并通过CAN总线发送和接收数据。采用IXXAT公司的CAN分析仪（USBtoCAN）对CAN总线进行监控，利用计算机与CAN分析仪连接，并通过CAN总线采集ECU传输的数据，CAN总线的通信波特率设定为125kbps，实验中测得的总线状态如图4(a)所示，实验中采用CAN2.0B扩展帧协议，采集某ECU节点的CAN总线数据如图4(b)所示，其中节点204060为脉冲信号采集，节点204061为模拟信号采集，数据长度为8字节，空余字节用FF填补，可用来扩展信息量。

　　根据实际测量结果，可以看出总线没有接收到出错帧，接收到数据帧，反映总线工作状态正常。从接收的数据表明，每个ECU节点发送的ID码和数据与预定义的ID码和数据相同，总线接收和发送正常。另外，在软件中加入了异常处理，如果某节点一直向总线发送错误标志，总线会自动终止该节点，其他节点也会检测到错误条件，停止向该节点发送数据，这样可以避免总线瘫痪。
　　5、结论
　　本文设计的基于AT90CAN128单片机的汽车ECU，由于其本身接口丰富，可以采集多种传感器数据，并集成了CAN接口模块，这样提高了EUC的工作可靠性和CAN接口通信的可靠性，非常适宜于组建汽车CAN总线网络。另外，在硬件上做了优化处理，提高了系统的抗干扰能力。实验表明，该ECU能准确采集数据，并能通过CAN总线进行可靠通信