这是车辆电子控制技术的一个课程作业：设计一个电控系统（硬件和软件），该系统可按照SAEJ1939采集发动机油门踏板和发动机转速信号，如果监测到的发动机转速超过1600rpm，则控制发动机转速稳定工作在1600rpm。

要求：画出电路原理图和PCB图（自行选择单片机、接口电路和绘图软件），给出相关的源程序（编程语言不限）。

备注：禁止任何形式的抄袭，如发现抄袭无论被抄袭者还是抄袭者，该作业一律0分。

发动机转速信采集与控制的设计作业分析：为完成此项目，首先要确定硬件系统，从而利于进行软件的设计；第二了解SAEJ1939通讯协议，以便进行发动机油门踏板信号和发动机转速信号的解析；第三进行软件编程，实现对硬件系统的初始化，通过CAN总线接收油门踏板信号与转速信号的数值，控制电路实现对发动机稳定转速1600rpm的控制。

（一）硬件系统设计系统核心MCU采用MC9S12XDP512单片机，负责采集传感信号，实现CAN总线通讯，输出信号控制输出电路。

整车硬件系统采用MC9S12XDP512单片机，由频率量采样电路、模拟量采样电路、驱动电路、CAN总线通讯电路组成，通讯速率250kps。

图1 硬件系统原理频率量采样电路实现对发动机转速、空气流量传感器等具有脉冲输出的功能信号的采集，同时也能实现对开在信号的采集。

模拟量采样电路可以实现对怠速、点火、启动、空档、空调等开关信号的采集，也能实现对空气流量传感器、曲轴、凸轮轴、节气门等位置传感器信号的采集，还能实现对进气、冷却液等热电阻温度传感器信号的采集。

驱动电路实现对电磁喷油器的PWM控制，对电动汽油泵继电器的通断控制。

CAN总线接口电路实现与整车总线的连接，采集发动机转速、油门的开度信号；实现数据的上传；实现软件升级下载。

1. 供电电路设计图2 供电电路设计设定车载供电为24V，电压波动范围是16V至32V。

如果车载供电电压为12V，则将LM2937－12的输入与输出短接即可。

在此电路设计中增加输入电压钳位保护，利用SMCJ36A将输入电压保护在36V以下，实现对LM2575的保护；利用SMAJ6.0A将单片机工作电压保护在6V以下，防止在调试时操作不当，由于电压过高损坏单片机。

车载传感器可由VCC或+12VDC、+24VDC供电。

2. CAN总线电路设计图3 CAN总线电路设计相对而言，PCA82C251相对其它芯片TJA1050、TJA1040、具有更广范围的供电电压，因此选用82C51。

这终端电阻设置在总线拓扑的首尾，并在CANH和CANL上，通常而言总线距离在500m内这两个电阻为120Ω，由于车辆内部总线长度不会超过500m，因此装甲车辆的CAN总线的终端电阻为120Ω。

在总线上，串联两个5.1欧的电阻，起到限流作用，保护82C51，同时增加保护二极管PESD1CAN。

3. 模拟量采样电路设计图4 模拟量采样电路设计模拟量输入与开关信号输入共用电路。

实现对0－5V信号的AD转换，以及0－24V开关信号的检测。

此电路也可实现对频率量的检测，只需将电路与单片机的输入捕捉通道连接即可，对MC9S12而言，接到PT通道即可。

4. 驱动电路设计图5 额定电流3.7A最大瞬态电流12A驱动电路设计驱动电路设计了两类，一类是驱动小电流负载的，额定电流为3.7A，但实际中会降额使用，一般不大于2A电流的负载会使用这个电路，对于喷油的电磁阀是适用的。

当负载电流大时，可以使用图6的驱动电路。

图6 额定电流44A最大瞬态电流90A驱动电路设计这两个驱动电路，均具有状态反馈功能，控制信号加上后，是否输出24V，这是可以通过反馈的开关信号检测的。

这有利于实现故障诊断功能。

利用软件Altium Designer(16.0)完成了四层板的设计，如图7所示。

图7 四层板设计（隐藏了中间两层）（二）信号解析根据作业要求，要确认SAEJ1939协议中发动机油门踏板和发动机转速信号的形式，因此查《SAE-J1939-71协议》查到如下相关章节：5.3.6电子发动机控制器#2：EEC2传输循环率：50ms数据长度：8 字节数据页面：0PDU格式：240PDU特定：3默认优先值：3参数群数编号：61443（00F00316）1 状态—EEC18-7未定义字节6-5道路速度极限状态 5.2.6.764-3AP 换低挡装置开关 5.2.2.52-1AP低空转开关 5.2.2.42加速器踏板（AP）位置 5.2.1.83当前载入百分比 5.2.1.74远程加速器 5.2.1.595-8未定义5.3.7电子发动机控制器#1：EEC1传输循环率：由发动机速度决定数据长度：8 字节数据页面：0PDU格式：240PDU特定：4默认优先值：3参数群数编号：61444（00F00416）1 状态—EEC18-5未定义字节4-1发动机/减速器扭矩模式 5.2.2.12主动轮命令发动机—扭矩百分比 5.2.1.43实际发动机—扭矩百分比 5.2.1.54-5发动机速度 5.2.1.96针对发动机控制的控制设备源地址 5.2.5.2985.2.1.8加速踏板位置这是指加速踏板的实际位置和最大踏板位置的比值。

虽然它是用于输入对传动系统的要求，但它也可以为传动和ASR算法提供关于驱动器操作的预设信息。

数据长度：1字节分辨率：0.4%/位递增，从0 % 开始计算数据范围：0%到100%类型：测量值可疑参数编号：91参考： 5.3.65.2.1.9发动机转速这是指转过720度最小曲轴角的速度除以气缸的数目所得到的实际发动机转速。

数据长度：2字节分辨率：0.125 rpm/位递增，从0 rpm开始计算（高位字节分辨率=32 rpm/位）数据范围：0到8031.875 rpm类型：测量值可疑参数编号：190参考： 5.3.7J1939是一种支持闭环控制的在多个ECU之间高速通信的网络协议冈。

主要运用于载货车和客车上。

它是以CAN2.0为网络核心。

表1介绍了CAN2.0的标准和扩展格式，及J1939协议所定义的格式。

表1则给出了J1939年的一个协议报文单元的具体格式。

可以看出，J1939标识符包括:PRIORTY(优先权位)；R(保留位)；DP(数据页位)；PDU FORMAAT(协议数据单元)；PDU SPECIFIC(扩展单元)和SOURCE ADDRESS(源地址)。

而报文单元还包括64位的数据场。

表1CAN2.0的标准和扩展格式及J1939协议所定义的格式由表1：可得到如下计算CAN总线帧标识符的公式：CAN_ID = [占3位的优先级(P)00B]H‘+’[参数组编号(PGN)D]H‘+’[源地址]H注：B为二进制；D为十进制；H为16进制，最终均强制转换为16进制。

‘+’代表字符串按顺序联接在一起。

对于油门位置信息：优先级3，参数组编号61443D，源为00H，即来源于发动机1则AcceleratorPedalPosition=[01100B]H‘+’[61443D]H‘+’[00H]H=0CH‘+’F003H‘+’00H=0CF00300H因此可以得到：（三）软件设计1. 硬件的资源分配在设计软件之前，一定先进行硬件的资源分配，即进行信号采集，通讯，控制输出等的通道配置。

如表2。

表2 控制器硬件资源分配2. 软件流程分析实际的发动机转速控制是很复杂的，为简化处理，假定喷油器控制使能时，代表喷油量增大，转速增加，喷油器控制清零时，代表喷油量减小，从而转速减小。

程序流程如图8。

图8 发动机转速控制流程3. 程序设计要点分析（1）总线标识符的设定为了实现程序的良好维护性，一般定义标识符，以代替实际的数字帧号。

//定义加速踏板位置（油门）CAN总线标识符AcceleratorPedalPosition，ID号0CF00300unsigned long AcceleratorPedalPosition =(((0x0CF00300<<1)&0x3FF80000)<<2)|((0x0CF00300<<1)&0x000FFFFF|0x00180000);#define AcceleratorPedalPosition_0 ((AcceleratorPedalPosition&0xFF000000)>>24)#define AcceleratorPedalPosition_1 ((AcceleratorPedalPosition&0x00FF0000)>>16)#define AcceleratorPedalPosition_2 ((AcceleratorPedalPosition&0x0000FF00)>>8)#define AcceleratorPedalPosition_3 (AcceleratorPedalPosition&0x000000FF)对于XDP512单片机而言，是由CAN0TXIDR0、CAN0TXIDR1、CAN0TXIDR2、CAN0TXIDR3是来保存扩展帧的标识符的。

总线扩帧：为上图蓝色与红，第0字节为MID28-MID21；第1字节为MID20-MID18+空2位+MID17-MID15；第2字节为MID14-MID7；第3字节为MID6-MID0+空1位。

因此对于扩展帧标识符的定义是：(1)整个标识符左移1位，(0x0CF00300<<1)，是为了空出第3字节的最低的空1位；之后再按位与0x3FF80000，((0x0CF00300<<1)&0x3FF80000)，是为了得到高11位，其余位均去除；之后再左移两位，(((0x0CF00300<<1)&0x3FF80000)<<2，是为了空出第2字节的中间空的两位。

这样就得到了待存入标识符寄存器中的31－19位；(2)整个标识符左移1位，(0x0CF00300<<1)，是为了空出第3字节的最低的空1位；之后再按位与0x000FFFFF，(0x0CF00300<<1)&0x000FFFFF，是为了得到低20位，其余位去除，注意第19位为扩展标识位，扩展帧时必须为1，因此不是按位与0x0007FFFF。

之后再按位或，((0x0CF00300<<1)&0x000FFFFF|0x00180000)，即可得到低20位在标识符寄存器中的排列。

注意，第20位，扩展模式下，设置为1，因此是按位或0x00180000。

(3)将1、2步得到的值按位或，即得到所需符合S12单片机所要求的标识符。