1. LIN总线物理层波形观测与电平判定
任务说明
本案例使用示波器测量LIN总线物理层信号，验证显性/隐性电平是否符合LIN规范阈值。LIN总线为单线12V总线，显性电平（逻辑0）接近0V，隐性电平（逻辑1）接近电源电压（通常12V）。依据LIN规范2.x，接收端阈值要求：隐性输入电压高于0.6×VBAT，显性输入电压低于0.4×VBAT。
测量拓扑与连接
搭建如下测量环境：LIN主节点（或信号发生器）与从节点通过1kΩ终端电阻连接至LIN总线，示波器探头连接至总线节点处。示波器通道1测量LIN总线电压，通道2（可选）测量主节点TXD引脚以同步触发。
测量步骤
- 配置示波器：通道1设为DC耦合，垂直刻度2V/div，水平刻度根据波特率设置（19.2kbps时每bit约52μs，建议100μs/div）；触发电平设为6V（约0.5×VBAT），下降沿触发。
- 发送测试帧：主节点发送LIN帧（如0x3C诊断帧或任意唤醒帧），确保总线上出现连续的显性/隐性跳变。
- 捕获波形：触发后捕获至少一个完整字节场（含起始位和8个数据位）。
- 测量电平：使用示波器光标分别测量隐性电平（总线空闲或发送1时的电压）和显性电平（发送0时的电压）。
判定标准
依据LIN规范2.x接收端阈值，在VBAT=12V时：
- 隐性电平应高于0.6×VBAT = 7.2V（通常实测接近12V）；
- 显性电平应低于0.4×VBAT = 4.8V（通常实测接近0V）；
- 显性/隐性跳变沿应陡峭（上升/下降时间通常小于波形位时间的1/4，即约13μs@19.2kbps）。
若实测隐性电平低于7.2V或显性电平高于4.8V，说明总线负载过大、终端电阻配置错误或收发器故障，需检查总线节点数量和线路阻抗。
预期观测结果
在正常12V系统中，示波器应观察到：总线空闲或发送逻辑1时电压约为11.5～12V（隐性），发送逻辑0时电压约为0～0.5V（显性）。起始位为显性（0V），随后数据位按帧内容在两种电平间切换。若使用差分探头或隔离通道，注意共地连接以避免地环路干扰。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 模拟LIN总线物理层信号（显性0V，隐性12V，实际LIN为显性0V/隐性Vbat）
fs = 1e6 # 采样率1MHz
t = np.arange(0, 0.01, 1/fs) # 10ms
# 生成一个简单的LIN帧波形（模拟：隐性12V，显性0V）
signal = np.full_like(t, 12.0) # 默认隐性
# 模拟显性脉冲（例如同步间隔+同步场+数据）
dominant_start = int(0.002 * fs)
dominant_end = int(0.004 * fs)
signal[dominant_start:dominant_end] = 0.0 # 显性
# 添加噪声
noise = np.random.normal(0, 0.3, t.shape)
measured = signal + noise
# 绘制波形
plt.figure(figsize=(10, 4))
plt.plot(t*1000, measured, label='LIN Bus Signal')
plt.axhline(y=12.0, color='r', linestyle='--', label='隐性电平 (≈Vbat)')
plt.axhline(y=0.0, color='g', linestyle='--', label='显性电平 (≈0V)')
plt.axhline(y=0.6*12, color='orange', linestyle=':', label='隐性阈值 (0.6*Vbat)')
plt.axhline(y=0.4*12, color='purple', linestyle=':', label='显性阈值 (0.4*Vbat)')
plt.xlabel('时间 (ms)')
plt.ylabel('电压 (V)')
plt.title('LIN总线物理层信号测量')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()
# 输出测量结果
print(f"测量到显性电平: {np.min(measured):.2f} V")
print(f"测量到隐性电平: {np.max(measured):.2f} V")
print(f"显性阈值(0.4*Vbat): {0.4*12:.2f} V")
print(f"隐性阈值(0.6*Vbat): {0.6*12:.2f} V")