总线上的数据帧都将到达总线上所有的总线收发器。每一个总线收发器在收到总线数据帧后,将不属于自己地址的数据帧滤除,只将属于自己的数据帧和广播帧存储到接收FIFO中。在工作状态下,微控制器可以访问总线收发器的接收模块和发送器,通过对其操作实现对物理层数据的收发。微控制器接收到相关总线信号后将其分成若干种任务,按照优先级对这些任务进行处理,唤醒GSM/GPRS模块来执行相应的通讯任务或者通过总线收发器将处理后的结果发送到其他节点。GSM/GPRS模块具有语音通话、短信(SMS)/彩信(MMS)收发和数据业务功能。 GSM/GPRS模块与微控制器、总线收发器的电源电压不同,所以对电源进行单独设计。
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系统的控制器采用Freescale的MC9S12XF512嵌入式微控制器。它集成的单/双通道FlexRayv2.1,每通道支持2.5、5、8和10Mb/s的数据速率;FlexRay时钟,采用频率从4MHz到40MHz不等的水晶振荡器,使用PLL(锁相环)实现成本和EMC的优化;小巧的体积非常适合于一些空间受到严格限制的应用;并且还集成了飞思卡尔的XGATE协处理器模块。XGATE模块的功能类似于主CPU的专用协处理器,其运行速度是主CPU的两倍,并且没有任何CPU处理开销,能够提高系统性能,最高运行性能达到100MIPS。从而在没有提高成本的情况下提高了MCU的性能。
TJA1080A和MC9S12XF512的连接如图3所示。
PH3和PH7是普通I/O口,作为TJA1080A的使能输入,高电平有效。通过对MC9S12XF512的PH(0~7)、PJ(3~6)的端口复用与其FLexRay通信控制器相连。
2.2 GSM/GPRS的外围电路设计
PTM101模块是一款超小体积的GSM/GPRS模块,大小只有38×29mm×3mm。PTM101内嵌TCP/IP协议和彩信MMS协议,支持标准的AT命令集和PUTAI增强命令集,可以提供丰富的语言和数据业务功能。
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ANT为天线,为减少信号衰减,要求50 Ω的高频阻抗控制。LED电路指示PTM101的工作状态,当SIM卡异常或没有注册到网络时,PTM的STATUS OUT引脚输出高电平,LED灯灭;而正常时该引脚电平以1s高电平,2s低电平的频率跳变,LED灯闪烁。UART口是PTM101其与外部处理器通讯交互的唯一通道,即是接收外部AT命令实现其功能的唯一通道。该UART是常用的3线制串口(UTXD、URXD、GND),由跳线选择与微控制器MC9S12XF512或者通过RS232与PC机连接,进行相关数据的设置和传输。
2.3 电源模块设计
PTM101的电源电压为4V,MC9S12XF512在单机模式下为12V供电,整个系统选用12VDC,然后进行DC-DC转换为符合PTM101需求的4VDC。
为保证PTM101的射频性能优良,其供电电源要求较高。PTM101的待机电流只有2.2mA,但在附近基站信号很弱的时候,瞬时(约4.6ms)电流峰值可能会达到2A。因此要求电源电流峰值要能满足2A,并且动态性能良好。因此选用LM2596-ADJ作为电源电压转换芯片。它电压转换效率高,并且其3A、150kHz的性能参数完全满足要求,电源模块电路图如图5所示。
VBAT的计算公式为:
其中:Vref为1.23V
3 总结
本文详细介绍了基于FlexRay的通讯单元的设计。MC9S12XF512连接的总线控制器TJA1080A实现FlexRay总线的数据收发;使用PTM101与MC9S12XF512相连,可以进行语言通话,短信收发及相关数据的传送。整个系统连接简单,通过亮灯实验验证,本系统能够完成基本的通讯功能,实用性强。
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