庖丁解车：车窗系统的硬件开发之方案（二）

现在国产汽车的电气控制系统大都数由多个继电器和繁重的保护电路组成，每一路信号都通过保护电路由导线连接到继电器上，再由继电器传到电控单元(ECU)进行控制。由于信号数量较多，从而需要很多成捆的导线，如果需要增加其他功能，整个线路都要重新改动。这样一来，就出现了如下几个问题。

①众多线路难以分辨给维护带来很大困难；

②成捆导线容易产生信号问的相互干扰；

③众多的导线及大型的继电器和保护电器必然会加大车身的重量成为改善汽车动态性能而不可忽视的障碍。

特别是越来越多的先进通信设备进入车内以后，车内需要检测和控制的信号就更多了，并且信号间相互联系也比以前多得多了。这样就使得上述问题变得更加严重。现场总线的出现很好地解决了汽车的上述问题，现场总线是不同的节点(如微机、设备等)之间的通信链路，它仅用数量极少的导线就能实现多路信号的实时传输。它的特点是多个节点共用一个传输线路，按照总线协议的规定来进行各种信号的有效传输。这一次小编主要介绍利用LIN总线将四个车窗节点连接起来，网络拓扑结构如图一所示：

其中主要包括各功能模块的电路连接方式。功能模块包括：电源模块、微控制器MCU、LIN通信模块、直流电机驱动模块、A/D采样模块。

电源模块：

为满足车身通信网络中各芯片的电压需要，网络中共用到了两种电源：12V、5V。其中12V的电压主要是为电机驱动供电，电路中直接使用汽车自备的蓄电池供电；5V电压是给电路中的其它芯片供电。其电路如图二所示：图中二极管D1起反向保护的作用，电容滤除高频和低频干扰。V12为蓄电池电源，VCC为5V电源。

微机控制MCU

微控制器MCU是整个系统的核心部分，它的选择决定了系统的软件开发环境以及硬件连接方式等一系列的问题。无疑，MCU的选择是系统设计时最关键的一步。在综合考虑到汽车本身恶劣的环境以及性价比，一般选择具有汽车级温度范围且价格低廉的MICROCHIP公司的PIC系列单片机。Microchip公司是第一个在8位单片机结构中实现精简指令集的厂家，并采用了程序和数据空间完全分离的哈佛总线结构。这种体系结构大大降低了PIC单片机的总体成本，同时提高了运行效率。 由于PIC系列单片机采用CMOS结构，使其功率消耗极低，特别是2004年已推出nW级器件，是目前世界上最低功耗的单片机品种之一。其中某些特殊的单片机，在工作模式下的耗电仅为几毫安；而在休眠模式下的耗电甚至可以低到几微安以下。因此，PIC系列单片机的低功耗性能使得其在控制仪表以及汽车电子中得到广泛的应用，尤其适用于野外移动仪表的控制以及户外免维护的控制系统。PIC系列单片机I／O端口驱动负载的能力较强，每个输出引脚可以驱动20--25mA的负载，既能够高电平直接驱动发光二极管LED、光电耦合器、小型继电器等，也可以低电平直接驱动，这样可大大简化控制电路。另外，PIC单片机不搞简单的功能堆积，Microchip公司提供了不同系列不同型号的单片机。众多型号的单片机其运行性能有高有低，片上功能资源有多有少，但始终保持高度一致的可移植性。IC单片机其他特性包括:

①　8层硬件堆栈用于保护和恢复程序计数器；

②　工作频率0--20MHz，用户可选的多种时钟模式：

③　引入指令流水线机制，指令顺序执行时1条指令只需1个指令周期，程序分支跳转需2个指令周期；

④　全部35条指令，每条指令占1个字，程序字长14位：

⑤　程序空间最大物理可寻址范围8192(8K)程序字；

⑥　片上寄存器最大物理可寻址范围512字节，使用寄存器文档的念；

⑦　丰富的外围功能模块；

⑧　片内或片外多种信号中断机制；