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MSP430 的PDF資料 下載 ,535319K

MSP430 的貨源和報(bào)價(jià) MSP430 的相關(guān)技術(shù)信息

其他型號(hào)

基于MSP430的車(chē)載CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀

     摘要： 通過(guò)對(duì)車(chē)輛CAN 總線上的電子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)和記錄， 可以獲得車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中的重要參數(shù)和故障信息。介紹了一種CAN 總線數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計(jì)方法， 采用MSP430F449 型單片機(jī)作為主控制器， 給出該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)， 分析了其硬件設(shè)計(jì)的主要模塊及軟件設(shè)計(jì)流程。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試表明， 該記錄儀能夠?qū)�CAN 總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地存儲(chǔ)， 具有較好的應(yīng)用前景。

　　0  引 言

　　CAN（ controller area network） 總線，即控制器局域網(wǎng)，是到目前為止唯一有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。其傳輸速率可達(dá)1 Mbps, 它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性， 由于CAN 卓越的性能， 它已被廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)部網(wǎng)。隨著汽車(chē)電子的不斷發(fā)展， 汽車(chē)電子控制裝置的網(wǎng)絡(luò)化、總線化是一個(gè)必然的發(fā)展方向。目前國(guó)內(nèi)使用總線技術(shù)的車(chē)型幾乎全部使用CAN 總線， 利用CAN 連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、防滑系統(tǒng)等， 實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制單元的數(shù)據(jù)交換。

　　通過(guò)記錄CAN 總線上的數(shù)據(jù)， 可以再現(xiàn)汽車(chē)在行駛過(guò)程中的工作狀態(tài)， 在汽車(chē)設(shè)備開(kāi)發(fā)和汽車(chē)故障診斷等方面有著非常重要的作用和意義。本文介紹了一種基于MSP430 的車(chē)載CAN 總線數(shù)據(jù)記錄儀， 以MSP430F449 型單片機(jī)作為主控芯片， SJA1000 為CAN 控制器， PCA82C250 為CAN 收發(fā)器，NAND FLASH 為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 將汽車(chē)行駛過(guò)程中CAN 總線上的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地記錄在FLASH 中， 以U 盤(pán)作為傳輸介質(zhì)， 通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

　　1  主控芯片簡(jiǎn)介

　　主控芯片是整個(gè)系統(tǒng)的核心， 其功能主要有： 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化； 響應(yīng)CAN 總線控制器中斷， 將監(jiān)聽(tīng)到的數(shù)據(jù)從CAN 控制器中讀出， 以一定的格式存儲(chǔ)到FLASH 中； 完成數(shù)據(jù)到U 盤(pán)的轉(zhuǎn)存。MSP430 系列單片機(jī)是T I 公司生產(chǎn)的一種16 位超低功耗的混合信號(hào)處理器（ Mixed Signal Processor ） , 采用CMOS 工藝， 電源電壓范圍為1. 8~ 3. 6 V。具有超低功耗、處理能力強(qiáng)大、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、豐富的片上外圍模塊， 開(kāi)發(fā)環(huán)境方便高效等顯著優(yōu)勢(shì)， 與其他類型單片機(jī)相比具有更好的使用效果、更廣泛的應(yīng)用前景[3] 。本系統(tǒng)采用MSP430F449 型單片機(jī)，它具有豐富的片上模塊： 48 個(gè)可獨(dú)立編程的I/ O、12 位A/ D 轉(zhuǎn)換器、3 個(gè)16 位定時(shí)器、LCD 驅(qū)動(dòng)、60 KB 的FLASH 存儲(chǔ)器、2 KB 的RAM, 完全能夠滿足系統(tǒng)要求。

　　2  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　由于CA N 為多主方式工作， 網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息， 當(dāng)CAN 總線上信號(hào)傳輸時(shí)， 記錄儀作為其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 搭接在CAN總線上， 擴(kuò)展方便， 不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。

　　記錄儀通過(guò)監(jiān)聽(tīng)總線， 完成各個(gè)CAN 節(jié)點(diǎn)的間通信數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。記錄儀系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示， 主要由主控芯片、Flash 存儲(chǔ)器、CAN 總線接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、光電隔離、USB 接口及串口通信模塊組成。

圖1  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　3  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3. 1  CAN 總線接口

　　CA N 總線通信接口設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，主要由CAN 控制器和CAN 收發(fā)器組成， 完成CAN 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。CAN 控制器采用N XP 公司的SJA1000, SJA1000 同時(shí)兼容CAN 2. 0A 和CA N2. 0B 兩種技術(shù)規(guī)范[ 6] 。CAN 收發(fā)器采用N XP 公司的PCA82C250。MSP430F449 負(fù)責(zé)SJA1000 的初始化， 通過(guò)控制SJA1000 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收， 當(dāng)CAN 總線接口接收到總線上的一幀數(shù)據(jù)， S JA 1000 就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷， 喚醒MSP430, 通過(guò)中斷處理程序接收每一幀數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)。

　　由于MSP430 系列單片機(jī)不開(kāi)放內(nèi)部總線， 因此需要通過(guò)I/ O 口模擬總線時(shí)序來(lái)完成對(duì)SJA1000 的控制。

　　SJA1000 的工作電壓為5 V, 在與MSP430 的接口電路設(shè)計(jì)中需要考慮電平邏輯匹配問(wèn)題， 否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。電平轉(zhuǎn)換芯片選用TI 公司的SN74LVC4245, 該芯片是一個(gè)8 位的雙向電平轉(zhuǎn)換器件， 支持3. 3 V 與5 V電平之間的雙向轉(zhuǎn)換， A1~ A8 連接5V 電平數(shù)據(jù)端口，B1~ B8 連接3. 3 V 電平數(shù)據(jù)端口， OE 是輸出使能控制，DIR 端口控制電平轉(zhuǎn)換方向： DIR 為低電平時(shí)， 數(shù)據(jù)方向由B 到A; DIR 為高電平時(shí)， 數(shù)據(jù)方向由A 到B。為了增強(qiáng)CAN 總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力， SJA1000 的T X0 和RX0并不是直接與82C250 的TXD 和RXD 相連， 而是通過(guò)高速光耦6N137 后與82C250 相連， 這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN 節(jié)點(diǎn)的電器隔離。MSP430F449 的P1 口與P2 口具有中斷功能， SJA1000 的中斷輸出引腳INT 與P2. 0 相連。為了能夠讓MSP430 正確檢測(cè)到下降沿的中斷信號(hào)， 所以在該端口上加上了上拉電阻。

　　3. 2  數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

　　車(chē)載記錄儀的主要功能是對(duì)汽車(chē)行駛過(guò)程中的各種狀態(tài)參量進(jìn)行記錄并存儲(chǔ)， 存儲(chǔ)系統(tǒng)是其功能實(shí)現(xiàn)的重要部分。CAN 總線數(shù)據(jù)記錄儀要求保存的數(shù)據(jù)在掉電后不丟失， 并且能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)存儲(chǔ)。該系統(tǒng)選用的是三星公司的大容量非易失性閃存K9F1208U0C, 該款N ANDFLASH 存儲(chǔ)容量為64 MB, 其8 位I /O 端口可以方便地實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和命令的多路復(fù)用， 這樣不但大規(guī)模降低了引腳數(shù)， 而且便于系統(tǒng)今后擴(kuò)充存儲(chǔ)容量而不需改變系統(tǒng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于NA ND FLASH 的特性， 使得NAND FLASH 在生產(chǎn)和使用過(guò)程中都有可能產(chǎn)生壞塊，當(dāng)擦除或編程壞塊時(shí)， 會(huì)造成頁(yè)編程和塊擦除操作的錯(cuò)誤, 所以需要對(duì)NA ND FLASH 進(jìn)行有效地壞塊管理。

　　MSP430 通過(guò)模擬總線的方式對(duì)FLA SH 進(jìn)行讀數(shù)據(jù)、編程、擦除等操作。

　　3. 3  實(shí)時(shí)時(shí)鐘

　　為了體現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性， 需要對(duì)收到每幀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確時(shí)間進(jìn)行記錄， 為將來(lái)的數(shù)據(jù)分析提供可靠的依據(jù)。

　　該系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片采用的是DS1302, 該芯片具有體積小、高性能、低功耗、接口方便等特點(diǎn)， 可滿足記錄儀對(duì)時(shí)間的要求。當(dāng)主工作電源掉電時(shí)， 芯片內(nèi)部電路會(huì)自動(dòng)切換到備份電源， 片內(nèi)有31 個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM, 可用來(lái)存儲(chǔ)記錄儀的相關(guān)使用信息（ 如寫(xiě)地址的保存和輸出） , 提高了記錄儀操作的可靠性和方便性。

　　3. 4  USB 接口

　　用U SB 標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸數(shù)據(jù)， U 盤(pán)體積小， 容量大， 便于攜帶， 讀取數(shù)據(jù)方便， 把U 盤(pán)作為中間數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)， 克服了對(duì)計(jì)算機(jī)的依賴。本系統(tǒng)采用南京沁恒公司生產(chǎn)的USB 總線通用芯片CH375, 它具有U SBHOST 主機(jī)方式和USBDEVICE/ SLA VE 設(shè)備方式。同時(shí)CH375支持3. 3 V 的工作電壓， 因此可以方便地與MSP430 系列的單片機(jī)進(jìn)行連接。MSP430 使用并口方式與CH375 相連， 將數(shù)據(jù)以文件格式寫(xiě)入U(xiǎn) 盤(pán)， 上位機(jī)可以直接看到相應(yīng)的數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存。

　　4  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中CAN 控制器SJA1000 工作于增強(qiáng)模式， 幀格式為擴(kuò)展幀， 記錄儀系統(tǒng)軟件基本流程圖如圖2 所示。

　　系統(tǒng)上電后， 系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化工作， 包括MSP430 自身的初始化， 初始化CAN 控制器， U SB 控制器， 通過(guò)模式選擇確定工作模式狀態(tài)。該記錄儀有兩種工作模式， 一種是數(shù)據(jù)記錄模式； 另一種是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存模式。

　　記錄儀工作在數(shù)據(jù)記錄模式時(shí)， 首先對(duì)FLASH 格式化，進(jìn)行壞塊檢測(cè)， 開(kāi)中斷， 準(zhǔn)備接收幀信息。對(duì)接收到的幀信息進(jìn)行時(shí)間標(biāo)定并將其先存放在MSP430 的數(shù)組緩存中， 當(dāng)緩存滿時(shí)以頁(yè)編程方式寫(xiě)入FLA SH 中， 并不斷更新寫(xiě)地址， 把寫(xiě)地址存入DS1302 的靜態(tài)RAM 中。為增強(qiáng)記錄性能， 可以通過(guò)配置CAN 控制器的驗(yàn)收濾波器， 從而在CAN 總線消息中過(guò)濾出符合要求的數(shù)據(jù)并進(jìn)行記錄， 也可對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)過(guò)濾記錄[10] 。當(dāng)選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存模式時(shí)， MSP430 通過(guò)查詢CH375 的INT 引腳來(lái)判斷是否有U 盤(pán)插入， 當(dāng)有U 盤(pán)插入時(shí)， 把FLASH 上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至U 盤(pán)中， 通過(guò)讀取DS1302 中的RAM 可得到FLA SH 最后存儲(chǔ)的頁(yè)地址， 當(dāng)讀取FLASH 的頁(yè)地址與最后存儲(chǔ)的頁(yè)地址相等時(shí)， 即轉(zhuǎn)存結(jié)束。

圖2  記錄儀系統(tǒng)軟件基本流程

　　5  結(jié)束語(yǔ)

　　本文開(kāi)發(fā)的記錄儀以MSP430F449 型單片機(jī)為核心，經(jīng)過(guò)工作測(cè)試， 驗(yàn)證了其基本功能， 且工作穩(wěn)定， 性能可靠， 抗干擾能力強(qiáng)。通過(guò)USB 接口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到上位機(jī)中， 以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析， 為汽車(chē)的故障診斷、研究分析提供了詳盡的數(shù)據(jù)支持。該記錄儀除應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域外， 也可應(yīng)用于其他采用CAN 總線技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備， 如小型無(wú)人飛機(jī)、水下機(jī)器人等， 具有較好的可擴(kuò)展性和可移植性， 應(yīng)用前景廣泛。