C8051F040的车用CAN总线智能节点设计

模拟信号调整电路可用于测量模拟电压信号、模拟电流信号以及电阻信号。以连接到MCP3208第1通道的电路为例：当R2断开，R4和R1连接适当阻值的电阻时，该电路可用于测量模拟电压信号；当R2断开，R4短路，R1连接采样电阻时，该电路可用于测量模拟电流信号；当R1断开，R4短路，R2连接适当阻值的电阻时，该电路可用于测量电阻信号。R5与二极管D1和D2组成保护电路。R6、R9及C4组成分压和滤波电路。
为了保证系统稳定、可靠工作，控制模块的数字地与模拟地严格分开。因此，模块没有使用C8051F040内部集成的A／D转换器，而是使用外部SPI总线A／D转换器MCP3208。MCP3208是12位逐次逼近型模／数转换器，具有片上采样和保持电路。该A／D转换器使用与SPI协议兼容的简单串行端口与主控芯片相连，转换速率可高达100 ksps。主控芯片C8051F040是8位单片机，其SPI端口要求以8位数据为一组来收发数据。同时，为了与MCP3208通信，将主控芯片SPI口设置为主方式，时钟下降沿输出数据，时钟上升沿锁存数据。
设计中，8路模拟信号经调整后与MCP3208的8个模拟输入端相连。A／D转换器的电源与参考电压输入端通过电感L1与5 V电源相连，模拟地通过电感L2与5 V电源地相连，以减小电源扰动对A／D转换的影响。同时，MCP3208的SPI接口与单片机之间也使用光电耦合器隔离，从而保证数字地与模拟地严格分开。图中只给出了MOSI与MISO光耦隔离的原理图，SCLK与CS隔离的原理相同。
2．2 开关信号采集电路
开关信号采集电路用于采集受控设备输出的开关信号。该电路由光电耦合器2801及其外围电路组成，其电路原理图如图4所示。当外部开关信号的高电平信号接于开关信号采集电路输入端时，光耦内部发光二极管工作，光敏三极管导通，光电耦合器输出低电平信号。主控芯片通过I／0口扫描光电耦合器输出端即可采集开关信号。R1、R2、C1组成输入分压滤波电路。

2．3 CAN总线接口电路
由于C805lF040内部集成了CAN总线控制器，外电路中只要设置总线收发器即可完成通信。CAN总线接口电路用于完成CAN总线通信，由总线收发器VP251、光电耦合器0211及外围电路组成，其电路原理图如图5所示。

CAN总线接口电路采用VP251作为总线收发器，该收发器主要用于单端信号与差动信号之间的相互转换。此外，单片机最小控制电路与总线收发器之间采用光电耦合器隔离，以提高系统工作的可靠性。光电耦合器采用2片高速光耦O211，1片用于接收，1片用于发送。
2．4 开关信号输出电路
开关信号输出电路用于向外部被控对象输出驱动信号。该电路由光电耦合器2801组成，其电路原理图如图6所示。当开关信号输出电路接收到低电平信号时，光耦内部发光二极管工作，光敏三极管导通，光电耦合器输出低电平信号。

2．5 电源电路
电源电路用于向其他功能电路供电。电源由输入滤波器CXDB2、电源模块PWB2405、三端稳压器AMS1117及外围电路组成，其电路原理图如图7所示。