摘要：
本設計介紹一種基于CAN/LIN總線式的汽車BCM系統(tǒng)，該方案采用帶ECAN? PIC18F45K80增強型閃存單片機作為主控芯片，采用智能功率開關（IPS）AUIPS6011組成H橋電路實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)，使H橋電路的設計具有過流關斷，過溫關斷，電機軟啟動等保護功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

關鍵詞：
CAN/LIN總線 智能功率開關（IPS）AUIPS6011 PIC18F45K80

1、引言
車身控制器（即BCM）是汽車電子的一個重要應用，隨著汽車電子的發(fā)展以及人們對舒適性，安全性的要求更高，集CAN/LIN總線通信，智能燈光控制，雨刷控制，電動后視鏡控制，電動防夾車窗控制，RKE無鑰匙進入系統(tǒng)等于一體的車身控制模塊（BCM）正在成為一種趨勢。

本設計是基于CAN/LIN總線式的汽車BCM系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由開關信號輸入和輸出控制組成，輸入包括一系列開關信號和脈沖信號，輸出控制包括門鎖、燈光、車窗、報警器等控制，通過LIN總線與車窗節(jié)點進行通信。

2、整體架構
本設計采用PIC18F45K80單片機作為主控芯片，用PIC18F25K80作為副窗控制芯片，各節(jié)點之間通過LIN總線實現(xiàn)通信。

3、硬件設計
3.1、MCU外圍電路設計

PIC18F45K80芯片是Microchip（美國微芯）公司推出的一款采用nanoWatt XLP 技術、帶ECAN? 增強型閃存單片機，其芯片資源及特性如下：
■ 寬工作電壓范圍：1.8V 至5.5V；
■ 工作速度最高可達64 MHz，滿足BCM的時時性需求；
■ 32 KB 的片上閃存程序存儲器，滿足BCM多功能的程序設計需求；
■ 8 x 8 單周期硬件乘法器；
■ 休眠模式電流最低為13 nA （典型值），滿足系統(tǒng)對功耗設計需求；
■ 豐富的外設模塊（符合CAN 2.0B Active 規(guī)范的CAN控制器；5 個CCP/ECCP 模塊；5 個8/16 位定時器/ 計數(shù)器模塊； 2 個模擬比較器；可配置的參考時鐘輸出;高灌/ 拉電流：25 mA/25 mA（PORTB 和PORTC）；最多4 個外部中斷； 1 個主同步串行口（Master Synchronous Serial Port，MSSP）模塊； 2 個增強型可尋址USART 模塊， 支持LIN/J2602， 自動波特率檢測;最多具有11 路通道的12 位A/D 轉(zhuǎn)換器； 數(shù)據(jù)信號調(diào)制器模塊）。
■ PIC18F45K80單片機片需要在每對電源引腳（例如，VDD/VSS 和AVDD/AVSS）上使用去耦電容。使用去耦電容時，建議使用參數(shù)為0.1 μF（100 nF）、10-20V的電容。該電容應具有低ESR，諧振頻率為200 MHz 或更高。建議使用陶瓷電容。PIC18FXXKXX 器件會永久性地使能穩(wěn)壓器，需要在VCAP/VDDCORE 引腳上使用低ESR （< 5Ω）電容，以穩(wěn)定穩(wěn)壓器的輸出電壓。VCAP/VDDCORE 引腳一定不能與VDD 連接，并且必須使用10 μF 的電容接地?？梢允褂锰沾呻娙莼蜚g電容。表1 列出了一些適用電容的示例。同等規(guī)格的電容都可以使用。

3.2、主電源電路設計
MCP16301是一款DC/DC電源芯片,輸入電壓范圍最高可達30V，輸出電流最高可達500MA，最高效率可達96%，電路如下：

3.3、CAN/LIN總線接口硬件電路設計
3.3.1、 LIN 接口芯片采用Microchip最新推出的MCP2021A，MCP2021A符合 LIN Bus Specifications Version 1.3, and 2.x. SAE J2602-2，支持率高達20的最大波特率波特率，MCP2021A片內(nèi)集成電壓調(diào)節(jié)器，可選擇輸出電壓3.0V 或5.0V，輸出電流可達70MA。（本設計中副車窗模塊采用MCP2021A片內(nèi)集成的電壓調(diào)器給系統(tǒng)提供5V電源），強大的防靜電性能：±15 k 在LUBS和VBB引腳。同時具有總線喚醒功能以使系統(tǒng)的功耗更省。電路如下：

3.3.2、CAN 接口芯片采用Microchip 公司生產(chǎn)的MCP2551，MCP2551是一個可容錯的高速CAN器件，它完全符合ISO-11898標準，包括能滿足24V 電壓要求。它的工作速率高達1 Mb/s。SI8421是美芯科公司生產(chǎn)的數(shù)字隔離器件，采用射頻耦合的數(shù)字隔離技術，具有非常高的速度在低功耗運行的特點，有三種速度級別供選擇（1，10，和150Mbps）, 典型的傳輸延遲時間小于10納秒。電路如下：

3.4、電機驅(qū)動電路設計
AUIPS6011具有過流關斷、過溫關斷和有源箝位電路功能都能確保在重復短路的情況下實現(xiàn)安全運行和保護。電路如下：

防夾算法的實現(xiàn)
防夾功能是基于霍爾傳感器檢測電機轉(zhuǎn)速和檢測電機電流變化情況來實現(xiàn)的。本文參考美國的MVSS118 標準，定義防夾區(qū)如下圖所示：

霍爾傳感器與單片機中斷口相連，中斷程序負責采集霍爾傳感器信號并計算電機轉(zhuǎn)動方向、位置。當時時檢測到的位置值大于等于設定的防夾閥值時起動防夾功能， 通過電機電流的變化可間接的知道是否有遇到阻力或已到最頂端，然后控制電機停止或反向運動。

3.5、日間燈驅(qū)動電路設計
日間行車燈是指使車輛在白天行駛時更容易被識別的燈具，裝在車身前部。是屬于信號燈的范疇。作用提醒司機注意對面有車駛過來。LED日間行車燈因其具有高的發(fā)光效率，長的使用壽命而被大量使用。本設計使用Microchip 公司的恒流驅(qū)動芯片MCP1630，單片機為MCP1630提供了振蕩源和參考電壓從而使電源系統(tǒng)變得更靈活和可調(diào)節(jié)。電源系統(tǒng)的開關頻率和最大占空比由單片機的I/O 口設置。最高輸出電壓55V@350MA,最多可以接16個1W 的LED，電路如下：

3.6、加熱座椅電源電路設計
AUIPS7125R是一款高邊智能功率開關(IPS)，可提供全面的保護功能，除了主動箝位電路外，還包括過流和過溫關閉，以確保開關安全可靠，并可在重復短路的情況下提供保護。電路如下：

4、軟件設計流程
BCM軟件設計采用模塊化程序設計，包括MCU初始化，自檢程序，輸入信號檢測,LIN信號接收處理，CAN信號接收處理，車窗控制，車燈控制，車門控制、報警器處理。流程如下：

5、 結 語
本文采用帶ECAN? PIC18F45K80增強型閃存單片機作為主控芯片，采用智能功率開關（IPS）AUIPS6011組成H橋電路實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)，取代傳統(tǒng)繼電器電機驅(qū)動電路，使電機驅(qū)動電路的設計具有多種保護功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。