《基于CAN总线的汽车空调软硬件系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于CAN总线的汽车空调软硬件系统设计（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 4 章 系统硬件结构设计4.1 系统总体结构汽车空调控制系统以主控芯片为中心，以 CAN 总线构建网络，传感器传递的信号以及主控制器发出的控制信号通过 CAN 总线接收或者发送。图 4-1 为该控制系统总体结构示意图。S342440A 微处理器CAN接口数据存储程序存储显示按键CAN总线图 4-1 空调控制系统硬件总体结构示 CAN 总线上挂接的节点有信号采集节点和控制执行机构节点两类，其结 构如下：车 内 温 度 传 感 器 节 点车 外 温 度 传 感 器 节 点阳 光 强 度 传 感 器 节 点发 动 机 水 温 传 感 器 节 点蒸 发 器 温 度 传 感 器 节 点CAN-HCA
2、N-L压 缩 机 控 制 节 点风 门 开 度 控 制 节 点鼓 风 机 控 制 节 点图 4-2 空调控制系统 CAN 节点示意图CAN 节点包括控制器、传感器、CAN 收发节点，节点的控制器采样的是MPS430 单片机，CAN 节点用于向主控制器的发送传感器的采样结果。每个节点的 CAN 网络节点地址分配如下：表 4-1 节点地址分配车外温度节点90车内温度节点91车外光照节点92发动机水温节点93蒸发器温度节点94压缩机控制节点95混合风门控制节点96内外风门控制节点97鼓风机控制节点98由于本系统中主控制器和温度采集节点的控制器都没有带 CAN 总线接口，因此本设计采用 CAN 总线控
3、制器 SJA1000 和一个 CAN 收发器 PCA82C250 组成CAN 收发模块，总共需要 9 个这样的收发模块，分别用于主控制电路以及每一个信号采集节点。4.2 主控制器电路结构主控制器电路结构4.2.1 基于基于 ARM9 的的 S3C2440 微处理器微处理器ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了 大量高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、 成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、 DSP 和移动式应用等。ARM 将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和 OE
4、M 厂商，每个厂 商得到的都是一套独一无二的 ARM 相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM 很快成为许多全球性 RISC 标准的缔造者。 同时 ARM 也表示由 ARM 公司设计的 RISC 处理器，包括ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、Crotex 系列等等。其中 ARM7 系列、ARM9 系列、ARM9E 系列和 ARM10E 系列为四个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的要求。本设计中采用的基于 ARM920T 核心核的微处理器 S3C2440。其结构图如下：图 4.3 S3C2440A 处理器结构S3C2440A具有低功耗，简单，精致的特点
5、，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构如先进微控制总线构架（AMBA）。S3C2440A 的突出特点是其处理器核心，是一个由Advanced RISC Machines（ARM）公司设计的16/32 位ARM920T 的RISC 处理器。ARM920T 实现了MMU，AMBA 总线和哈佛结构高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB 指令高速缓存和16KB 数据高速缓存。每个都是由具有8 字长的行(line)组成。通过提供一套完整的通用系统外设S3C2440A 减少整体系统成本和无需配置额外的组件。S3C2440A集成了以下片上功能：（1）1.2V 内核供电,
6、 1.8V/2.5V/3.3V 储存器供电, 3.3V 外部I/O 供电，具备16KB 的指令缓存和16KB 的数据缓存和MMU的微处理器。（2）外部存储控制器（SDRAM 控制和片选逻辑）。（3）LCD 控制器（最大支持4K 色STN 和256K 色TFT）提供1通道LCD专用DMA。（4） 4 通道DMA 并有外部请求引脚。（5） 3 通道UART（IrDA1.0, 64 字节发送FIFO 和64 字节接收FIFO）。（6） 2 通道SPI。（7）1 通道IIC 总线接口（支持多主机）。（8） 1 通道IIS 总线音频编码器接口。（9） AC97 编解码器接口。（10） 兼容SD 主接口协
7、议1.0 版和MMC 卡协议2.11 兼容版。（11） 2 通道USB 主机/1 通道USB 设备（1.1 版）。（12）4 通道PWM 定时器和1 通道内部定时器/看门狗定时器。（13）8 通道10 位ADC 和触摸屏接口。（14）具有日历功能的RTC。（14）摄像头接口（最大支持40964096 像素输入；20482048 像素输入支持缩放）。（15） 130 个通用I/O 口和24 通道外部中断源。（16） 具有普通，慢速，空闲和掉电模式。（17） 具有PLL 片上时钟发生器。VDDGPF0GPF1GPF2GPF3NGCS6NWBE0 NWBE1 NWBE2 NWBE3NSCAS NSR
8、AS SCKE SCLK0 SCLK1 ALE CLE RNB NCON NFCE NFRE NFWENTRST TCK TDI TDO TMSLEND VCLK HSYNC VSYNC VM LCDVF1 LCDVF2LCD_PWRENNBE055 NBE122 NBE256 NBE373NSCAS57 NSRAS40 SCKE2 SCLK021 SCLK120 ALE/GPA1852 CLE/GPA1790 FRNB108 NCON250 NFCE/GPA2289 NFRE/GPA2069 NFWE/GPA1988NTRST134 TCK149 TDI136 TDO152 TMS150LE
9、ND171 VCLK174 VLINE/HSYNC188 VFRAME/VSYNC177 VM/VEND191 LCD_LPCOE190 LCD_LPCRE189 LCD_LPCREV222 LCD_PWREN232VDDDOP1137VDDDOP2258VDDDOP3267VDDDOP4165VDDMOP135VDDMOP2102VDDMOP333VDDMOP431VDDMOP529VDDMOP69VDDMOP723VSSI1119VSSI251VSSI312VSSI427VSSI54VSSI63VSSI74VSSIARM1120 VSSIARM2154 VSSIARM3256 VSSIAR
10、M4257 VSSIARM5276 VSSIARM6279 VSSIARM7282 VSSMOP118 VSSMOP270 VSSMOP368 VSSMOP467 VSSMOP515 VSSMOP630 VSSMOP711 VSSMOP87 VSSMOP95 VSSMOP10205 VSSOP1205 VSSOP2275 VSSOP3281 VSSOP4287 VSSOP5103 VSSOP6130NGCS653GPF0221GPF1203GPF2183GPF3202AIN4/TSYM271 AIN5/TSYP272 AIN5/TSXM254 AIN5/TSXP237U1 S3C2440TSY
11、M TSYP TSXM TSXPLCDVF2图 4.4 S3C2440A 部分电路引脚图4.2.2 电源电路电源电路汽车的电池一般为 24V 的电压输出，在本系统中需要用到 5V 和 3.3V 的电压，因此采用比较常见的三端稳压集成电路芯片 7805 将 24V 转换为 5V。7805 的实物图如 下所示：图 4.4 三端稳压集成电路芯片 78057805只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子 类似是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。7805输出电压典型值为5.0V，误差不超过0.2V，最大输出电流1.5A。在实际使用时，当稳压管温度
12、过高时，稳压性能将变差，甚至损坏 ，因此需要安装足够大的散热器（功率较小时也可不需要）。得到5V电压后，可以用LM1117-3.3芯片输出3.3V的稳定电压。LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在 1.2V输出，负载电流为 800mA时为1.2V。它与国家半导体的工业标准器件 LM317有相同的管脚排列。 LM1117有可调电压的版本，通过 2个外部电阻可实现 1.2513.8V输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（ 1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。 LM1117提供电流限制和热保护。电路包含 1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在 1%以内。LM
13、1117系列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252 D-PAK封装。输出端需要一个至少 10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。 本系统中用到的 3.3V固定输出版本输出电压波动范围在0.2%以内，输出电流能达到 800mA。电源模块电路如下：AC1V+2AC3V-4U?78050.1uFC? 470uFC?+24V0.1uFC? 0.1uFC? 1OOuFC?VDD+5VDS1510R30.1uFC247uFCT110uFCT21GNDOUT2IN34TABU5LM1117-3.3图 4.5 电源电路模块4.2.3 外部存储器电路外部存储器电路本系统由于加入了
14、Linux 操作系统，因而要求有较大的存储容量，这里采用的是 64M 的 SDRAM 加上 128M 的 NAND FLASH 的双存储结构。SDRAM 具备高速访问和随机读写的特性，用于作为系统的内存单元，NAND FLASH 具有接口简单，存储容量大，擦写速度快等特点，用于作为数据和程序的存储设备。本系统采用两片 K4S561632C 组成 32 位宽的 SDRAM。每片 K4S561632C 有 12根地址线，这样其总共的寻址空间就是 4K*4k=16M,其数据线宽位 16bit，因而每一片的存储空间大小就是 16M*16bit=32MB。NAND FLASH 则是采用的三星公司的 KF
15、91208F 芯片。NAND FLASH 采用特有的块与页的形式来存储数据，一片KF91208F 有 4096 个块，每一个块有 32 个页，而每一页有 512B，因而其总共存储空间有 4096*32*512B=512MB，其电路图如下所示：A023 A124 A225 A326 A429 A530 A631 A732 A833 A934 A1022 A1135 A1236BA020 BA121LDQM15 UDQM39SCKE37 SCLK38VSS028 VSS141 VSS254VSSQ06 VSSQ112 VSSQ246 VSSQ352DQ02 DQ14 DQ25 DQ37 DQ48
16、DQ510 DQ611 DQ713 DQ842 DQ944 DQ1045 DQ1147 DQ1248 DQ1350 DQ1451 DQ1553NSCS19 NSRAS18 NSCAS17 NWE16VDD01 VDD114 VDD227VDDQ03 VDDQ19 VDDQ243 VDDQ349U?K4S561632CD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14BA0 BA1NWBE0 NWBE1SCKE SCLK0VDDNGCS6 NSRAS NSCAS NWEA023 A124 A225 A326 A429 A530 A631 A732 A833 A934 A1022 A1135 A1236BA020 BA121LDQM15 UDQM39SCKE37 SCLK38VSS028 VSS141 VSS254VSSQ06 VSSQ112 VSSQ246 VSSQ352DQ02 DQ14 DQ25 DQ37 DQ48 DQ510 DQ
