由于我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展戚绪，裝有計算機控制系統(tǒng)的新型汽車已越來越多的應(yīng)用于人們的日常生活中，這使得汽車的動力性，經(jīng)濟性阳堕，安全性，可靠性等有了極大的提高择克。但同時也使得汽車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多了恬总，也使一般汽車維修診斷與排除汽車故障困難多了前普，而利用汽車電腦存儲的信息，診斷與排除汽車故障的方法也應(yīng)運而生辱雅。儀器診斷是在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的現(xiàn)代檢驗方法麦荸。它是與車載故障自診斷系統(tǒng)配套使用的，從本質(zhì)上看怨颜，它相當于自診斷系統(tǒng)的終端設(shè)備喷融，起到人機交互的作用。該方法可在汽車不解體的情況下夯架，用儀器或設(shè)備測試汽車性能和故障參數(shù)淹摧，曲線或波形，甚至能自動分析和判斷汽車的技術(shù)狀況功抠。隨著電噴發(fā)動機汽車的普及登翩，汽車故障診斷儀已作為一種必備的維修工具被大多數(shù)行業(yè)人士所接受。

　　本文設(shè)計的汽車故障診斷儀采用的是CYGNAL公司的低功耗單片機C8051F020作為核心耘昙，具有數(shù)據(jù)存儲沈路，通訊以及LCD顯示等各種功能。該儀器具有低功耗谓墨，高精度加六，攜帶方便適用于多種場合等特點。

　　1怒见、診斷儀原理與功能

　　1.1 硬件原理及作用

　∷状取（1）診斷電子控制系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器狀態(tài)以及ECU的工作是否正常遣耍。通過判斷ECU的輸入闺阱、輸出電壓是否在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時，可以判斷電子控制系統(tǒng)工作是否正常舵变。

　『ɡ！（2） 當電子控制系統(tǒng)中的某一電路出現(xiàn)超出規(guī)定的信號時，該電路及相關(guān)的傳感器反映的故障信息以故障代碼的形式存儲到ECU內(nèi)部的存儲器中纪隙，維修人員可利用該診斷儀來讀取故障碼赊豌，使其顯示出來。

　　1.2 硬件支持的主要功能

　∶嘣邸（1） 通過CAN碘饼、LIN通信模塊可以實現(xiàn)與車載內(nèi)各電子控制裝置ECU之間的對話，傳送故障代碼以及發(fā)動機的狀態(tài)信息悲伶。

　“铡（2） 通過單片機的同步/異步收發(fā)器可以與PC機進行串行通信從而完成數(shù)據(jù)交換，下載程序，以及診斷儀升級等功能酬苇。

　〉泼Α（3） 通過液晶顯示器來顯示汽車運行的狀態(tài)數(shù)據(jù)及故障信息。

　≡榧（4） 通過鍵盤電路來執(zhí)行不同的診斷功能欢兑。

　　（5） 通過一種具有串行接口的大容量FLASH存儲器來保存大量的故障代碼及其測量數(shù)據(jù)完株。

　　2置凤、硬件電路及接口電路的設(shè)計

　　2.1 硬件電路的總體框架

　　該診斷儀硬件系統(tǒng)主要包括以下模塊：C8051F020處理器及其外圍擴展電路模塊，鍵盤颁殃、液晶顯示模塊辐杜，外擴存儲器模塊，CAN显钙、LIN,通信模塊拿杉；與PC機的串行通信模塊；另外還有電源電路以及系統(tǒng)復(fù)位電路绑雄。

　　2.2 C8051F020單片機電路

　　設(shè)計中CPU選擇的是Cygnal公司的C8051F020單片機展辞，它采用具有與MCS-51指令集完全兼容的Cygnal公司的專利CIP-51微處理器內(nèi)核,峰值速度可達25MIPS。并且在一個芯片內(nèi)集成了單片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件(包括PGA万牺、ADC罗珍、DAC、電壓比較器脚粟、電壓基準覆旱、溫度傳感器、SMBus/I2C核无、UART扣唱、SPI、定時器团南、可編程計數(shù)器/定時器陣列画舌、內(nèi)部振蕩器、看門狗定時器及電源監(jiān)視器等)已慢。CIP-51對指令運行實行流水作業(yè)，從而大大提高了指令運行速度霹购。另外C8051F020單片機最獨特的改進是引入了數(shù)字交叉開關(guān)佑惠。允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到P0、P1贾瞪、P2和P3的端口I/O引腳凯践，同時C8051F020還在內(nèi)部增加了復(fù)位源,從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性，完全可以滿足診斷儀的功能要求习怒。

　　2.3 CAN符站、LIN總線接口電路的設(shè)計

　　2.3.1 CAN總線接口電路

　　CAN總線接口電路包括CAN 通信控制器與微處理器之間和CAN總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路的設(shè)計卖寻。C8051F020與CAN驅(qū)動芯片SJA1000T的接口電路設(shè)計選取PHILIPS公司的SJA1000 CAN控制器以及82C250總線收發(fā)器。SJA1000 在電路中是一個總線接口芯片弯沥，通過它實現(xiàn)ECU與微處理器之間的數(shù)據(jù)通信除阐。該電路的主要功能是完成CAN總線與單片機之間的通信。PCA82C250為CAN控制器和物理總線之間的接口鸳辛，它可以提供向總線的差動發(fā)送能力和CAN控制器的差動接收能力消贼，TXD和RXD引腳分別發(fā)送經(jīng)過驅(qū)動后的發(fā)送和接收信號。

　　2.3.2 LIN通信模塊的設(shè)計

　　LIN總線收發(fā)器選用PHILIPS公司的TJA1020舒疚，它直接與單片機的串口相連异凹， TJA1020 收發(fā)器是一個物理媒體連接,適合用于最高 20kBaud的LIN 傳輸速率,它的引腳TXD和NSLP 減小了輸入閥值, 輸出引腳 RXD和TXD 為漏極開路. 因此它可以和使用3.3V 或5V 電源的微控制器兼容, 而且收發(fā)器本身不需要額外的VCC電源. 為使引腳RXD和TXD達到高電平,當微控制器的端口引腳沒有集成上拉電阻時,要加外部上拉電阻. 微控制器由 TX0向 TJA1020 的 TXD 引腳發(fā)送數(shù)據(jù),TJA1020的 RXD引腳向微控制器的 RX0 發(fā)送數(shù)據(jù)。LIN 收發(fā)器的睡眠控制輸入NSLP 可以通過微控制器的端口引腳來控制兜畸。

　　2.4 串行總線接口電路的設(shè)計

　　RS232串行通訊采用全雙工的模式努释，系統(tǒng)中配置一條數(shù)據(jù)發(fā)送線。在同一時刻系統(tǒng)既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)咬摇。通過交叉開關(guān)把C8051F020單片機的P0.0,P0.1設(shè)置為TX0,RX0.RS232邏輯電平對地是對稱的伐蒂，與TTL,CMOS邏輯電平完全不同。邏輯“1”電平為－5～－15菲嘴，邏輯“0”電平為＋5～＋15之間饿自，其與單片機的邏輯電平不一致，必須進行電平轉(zhuǎn)換龄坪，采用SP3223轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)TTL電平與RS-232電平互相轉(zhuǎn)換昭雌。

　　2.5 鍵盤顯示及存儲器電路

　　本設(shè)計主鍵盤采用4X4鍵盤輸入模塊，其驅(qū)動模塊采用的是SK5278健田，它是福州貝能科技有限公司推出的采用PIC內(nèi)核的鍵盤控制器烛卧。該芯片采用4線串行接口，可與任何種類的單片機接口妓局；它具有按鍵有效指示輸出总放，可用中斷方式管理鍵盤；其行線X0～X3與列線Y0～Y3可構(gòu)成4×4鍵盤矩陣好爬；SK5278的16鍵鍵盤控制器內(nèi)含去抖動處理電路侥嫂，因而可直接輸出鍵值，并采用串行方式與單片機或微處理器進行接口蒸撕。系統(tǒng)設(shè)計的功能鍵采用中段方式輸入莽入，整個工作流程通過不斷的掃描按鍵的狀態(tài)，判斷是否有健按下跑放，當有任意鍵按下時押棋，即產(chǎn)生中段，CPU執(zhí)行相應(yīng)的中段子程序，若沒有健按下時范益，繼續(xù)掃描鍵盤的狀態(tài)天枣，直到有健按下，用鍵盤中斷處理程序完成一切和用戶之間的的信息交流虫犀。

　　顯示電路選用的OCMJ5X10是160×80點陣的中文圖文液晶圖形顯示器模塊袖指。該模塊的內(nèi)部由于含有國標一級簡體字庫，使得漢字的顯示異常方便倘灸；同時某亩，該模塊與單片機的硬件接口除數(shù)據(jù)總線外，僅使用了REQ/BUSY兩根握手信號線热某，簡化了與單片機的硬件接口電路設(shè)計腻菇。上述特點對軟件、硬件資源均十分緊張的單片機系統(tǒng)來說是十分重要的昔馋。

　　由于診斷系統(tǒng)中將涉及大量的故障代碼筹吐，傳感器信息，執(zhí)行起信息等一些數(shù)據(jù)信息秘遏，需要較大的存儲空間丘薛。因此，系統(tǒng)擴展了一片大容量的8Mbit的FLASH存儲器AT45DB081 邦危。

　　3洋侨、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的軟件采用模塊化的設(shè)計方法，整個程序包括主程序倦蚪、初始化程序希坚、定時器中斷程序、診斷協(xié)議程序陵且、串行通訊程序裁僧、鍵盤顯示程序、存儲器讀寫程序垃准。所有的程序均采用C語言編寫智榆，可以很方便的調(diào)試和下載程序代碼。系統(tǒng)的主程序主要完成C8051F020單片機系統(tǒng)的初始化儿趋、設(shè)置系統(tǒng)時鐘和功能寄存器档低，調(diào)用鍵盤處理程序，完成不同的功能蛔乖，如根據(jù)不同的按鍵轉(zhuǎn)入相應(yīng)的服務(wù)程序梭甸，完成不同的功能。 

　　3.1 硬件抗干擾設(shè)計

　　(1) 系統(tǒng)設(shè)計中對電源電路及IC器件周圍配置適當?shù)娜ヱ铍娙轂V波,系統(tǒng)中電源地線昵例、MCU外圍電路地線、信號地線采用單點接地的方法可靠接地，以減少不等位電勢的干擾锣裆。

　　(2) 硬件濾波,此方法對串模干擾有很好的抑制作用拒凝，常用RC 低通濾波器接在一些低頻信號輸入電路中，可大大消弱高頻干擾信號泞驴。

　　(3) 印刷電路板設(shè)計時,數(shù)字電路與模擬電路隔離,數(shù)字的和模擬的僅在一點相連,有效地防止了數(shù)字電路對模信號的影響牢裳。

　　(4) 為了防止電路模塊間的相互干擾,在電路板的設(shè)計中采用金屬機殼有效地屏蔽外界射頻信號的干擾.

　　3.2 軟件抗干擾設(shè)計

　　(1)數(shù)字濾波。在軟件設(shè)計時,考慮了數(shù)字濾波程序的設(shè)計,有效地排除了隨機干擾叶沛。

　　(2)設(shè)置冗余指令和軟件陷井蒲讯。通過應(yīng)用軟件陷阱法和數(shù)據(jù)冗余法有效的抑制了由于外部干擾、震動或瞬間故障引起的系統(tǒng)癱瘓和程序跑飛灰署。

　　(3)軟件看門狗判帮。為防止程序運行進入死循環(huán),而不能被軟件陷井捕獲到,在系統(tǒng)軟件設(shè)計時,設(shè)計了“軟件看門狗”程序,有效地防止了死循環(huán)造成的系統(tǒng)癱瘓。

　　4溉箕、結(jié)論

　　本文以C8051F020單片機為核心開發(fā)了ECU故障診斷儀晦墙，該診斷儀能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)測量，在線故障診斷和執(zhí)行器測試等功能肴茄，具有結(jié)構(gòu)簡單晌畅、成本低、體積小和性能可靠等優(yōu)點寡痰，經(jīng)實驗證明：該診斷儀工作穩(wěn)定抗楔，操作方便，抗干擾能力強拦坠。從而說明了該診斷儀軟硬件設(shè)計比較合理连躏，具有廣闊的應(yīng)用前景。是維修人員的地得力助手她蛉，完全具有生產(chǎn)應(yīng)用的價值贺坝。

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