【正文】 石河子大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文課題名稱：CAN總線與RS23SPI總線轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué) 院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)年級：電子信息工程 指導(dǎo)教師： 完成日期： IIICAN總線與RS23SPI總線轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計[摘要] CAN總線因具有高可靠性、實時性等優(yōu)點，而被廣泛用于工業(yè)控制、建筑、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。但RS23SPI總線在現(xiàn)在很多領(lǐng)域仍然占據(jù)較大的比重，許多的機器設(shè)備具有RS232接口或SPI接口，要想實現(xiàn)具有RS232總線接口或SPI接口的設(shè)備的數(shù)據(jù)在CAN總線上傳輸，需要轉(zhuǎn)換模塊把RS232和SPI總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線格式數(shù)據(jù)。該模塊是基于STC89C52型號單片機、獨立CAN總線控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA825C250設(shè)計的。該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)CAN總線與RS23SPI總線的轉(zhuǎn)換。整個模塊成本低并且穩(wěn)定。本文詳細介紹了該模塊的軟硬件設(shè)計。[關(guān)鍵詞] CAN總線，RS232，SPI，SJA1000目錄CANBus and RS232，SPIBusConversion ModuleAbstract：CANbus for high performance, high reliability, realtime, etc., and is widely used in industrial control, architecture, medicine and other fields. However, RS232, SPI bus are still many areas now account for a large proportion of machinery and equipment with many RS232 interface or SPI interface, in order to achieve a RS232 bus interface or SPI interface, CAN bus interface device to work, you need to convert the module to RS232 and SPI bus data into CAN bus munication. The module is based on the STC89C52RC SCM model, the independent CAN bus controller SJA1000, CAN bus transceiver designed 825C250. The module enables CAN turn RS232, SPI can also be achieved RS232, SPI to CAN bus conversion. The entire module, low cost, and stability. This paper describes the module39。s hardware design and software design.Keyword：CANbus, RS232, SPI, SJA1000, PCA82C250目錄目錄第一章 引言 1 課題的研究背景及意義 1 國內(nèi)外發(fā)展狀況 1 課題研究的主要內(nèi)容 2第二章 總線簡介及分析 3 CAN、SPI、RS232總線簡介 3 CAN總線簡介 3 SPI總線簡介 4 RS232總線簡介 6 CAN總線特性分析 6 CAN總線的特點及優(yōu)勢 6 CAN總線協(xié)議 8 CAN總線報文幀格式 9 CAN總線報文傳輸結(jié)構(gòu) 9 CAN總線錯誤處理 10第三章 元器件選型及特性分析 11 系統(tǒng)元器件選型分析 11 單片機選型 11 CAN總線控制器芯片選型 12 CAN總線驅(qū)動器選型 12 系統(tǒng)元器件特性分析 13 STC89C52特性分析 13 SJA1000特性分析 13 總線驅(qū)動器PCA82C250 16第四章 CAN/RS232總線轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 17 硬件設(shè)計 17 20第五章 CAN/SPI總線轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 23 硬件設(shè)計 23 軟件設(shè)計 23第六章 系統(tǒng)調(diào)試 25第七章 總結(jié) 27參考文獻 28致謝 29附錄A 硬件原理圖、PCB圖、實物圖 30附錄B 源程序 34第一章 引言第一章 引言 課題的研究背景及意義CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點以及它的高性價比，決定了它在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。大型儀器設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，需要對多種信息進行采集、處理、控制、輸出等操作。如醫(yī)療器械CT斷層掃描儀，為保證其工作可靠性，在數(shù)據(jù)通信上要求功能塊間可隨意進行數(shù)據(jù)交換，通信可以以廣播方式進行，簡單經(jīng)濟的硬件接口，通信線盡量少，抗干擾能力強，可靠性高并能自動進行故障識別和自動恢復(fù)。但是，這些要求長時間未能得到很好的解決，直至CAN總線技術(shù)出現(xiàn)才提供了一個較好的解決方法。CAN與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其具有良好的性能及其獨特的設(shè)計，CAN總線越來越受到人們的重視。它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車制造廠商都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測、執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。同時，由于CAN總線本身的特點,其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。由于CAN總線的優(yōu)勢越來越明顯在工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，但RS23SPI總線在現(xiàn)在很多領(lǐng)域仍然占據(jù)較大的比重，許多設(shè)備只具有RS232接口或SPI接口，擁有CAN總線接口的設(shè)備還十分的少，為了能讓具有RS23SPI接口的設(shè)備也能在CAN總線上工作以適應(yīng)整個技術(shù)的發(fā)展，需要設(shè)計CAN總線與RS232轉(zhuǎn)換模塊[1]。 國內(nèi)外發(fā)展狀況為促進CAN以及CAN協(xié)議的發(fā)展，1992在歐洲成立了CiA(CAN in Automation)。在CiA的努力推廣下，CAN技術(shù)在汽車電子控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、紡織機械、船舶運輸?shù)确矫婢玫搅藦V泛的應(yīng)用。現(xiàn)已有400多家公司加入了CiA，CiA已成為全球應(yīng)用CAN技術(shù)的權(quán)威。根據(jù)國內(nèi)外資料報道，CAN技術(shù)已應(yīng)用于家用電器和智能樓宇以及小區(qū)建設(shè)中。如安防系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、家電控制等。它投資少，每個節(jié)點可以隨機訪問，通信速度完全滿足要求，且在這類應(yīng)用中數(shù)據(jù)交換量都很少。適當?shù)木W(wǎng)關(guān)如CAN與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，可以使一個居室或一棟大樓的現(xiàn)場CAN信息轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)的形式外傳，或反過來通過這類網(wǎng)關(guān)把外部網(wǎng)傳來的信息轉(zhuǎn)換為CAN的形式，此即實現(xiàn)了所謂的遠程控制。隨著CAN總線的普及應(yīng)用，有必要設(shè)計CAN總線與RS23SPI總線的轉(zhuǎn)換設(shè)備，而且這種技術(shù)也日趨成熟，已經(jīng)完全實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，在各個領(lǐng)域得到廣泛的運用[1]。 課題研究的主要內(nèi)容課題研究的主要內(nèi)容有：1） CAN總線的聯(lián)網(wǎng)通信，通過系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)CAN節(jié)點的相互通信。2） 實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)與RS232總線數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。3） 實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)與SPI總線數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。43第二章 總線簡介及分析第二章 總線簡介及分析 CAN、SPI、RS232總線簡介CAN、SPI、RS232總線有著各自的特點，在不同的場合根據(jù)需求選擇合適的總線通信是系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的前提條件。因此，了解總線的結(jié)構(gòu)特征是進行模塊設(shè)計的首要任務(wù)，通過對總線的多方了解分析其各種通信參數(shù)，結(jié)合實際的需求分析確定系統(tǒng)總線方案的選型，并對比三種總線的通信特征，為實現(xiàn)總線轉(zhuǎn)換做好前期的準備。 CAN總線簡介CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。在當前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化，現(xiàn)在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標準協(xié)議。CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其最高波特率可達1MB/S，因此具有高的傳輸速率。它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，其對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，可以多主方式工作，可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信；采用非破壞性仲裁技術(shù)，有效避免了總線沖突；采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短。較之目前許多基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：1）網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強。2）縮短了開發(fā)周期。3）完成對通信數(shù)據(jù)的幀處理。4）使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。5）可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。6）結(jié)構(gòu)簡單。綜合來看，CAN總線在通信組網(wǎng)方面具有極大的優(yōu)勢，可以減少組網(wǎng)過程中的工作量，大大的提高工作效率[2]。 SPI總線簡介串行外圍設(shè)備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口，Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI用于CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。它只需四條線就可以完成MCU與各種外圍器件的通訊，這四條線是：串行時鐘線（SCK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線（MISO）、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線（MOSI）、低電平有效從機選擇線。四種引腳的功能如下：● SCK：時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生；● MOSI：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入；● MISO：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出；●：從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制。當SPI工作時，移位寄存器中的數(shù)據(jù)逐位從輸出引腳（MOSI）輸出（高位在前），同時從輸入引腳（MISO）接收的數(shù)據(jù)逐位移到移位寄存器（高位在前）。發(fā)送一個字節(jié)后，從另一個外圍器件接收的字節(jié)數(shù)據(jù)進入移位寄存器中。其典型系統(tǒng)框圖如圖21所示。圖21 SPI系統(tǒng)框圖SPI主要特點有：● 可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)；● 可以當作主機或從機工作；● 提供頻率可編程時鐘；● 發(fā)送結(jié)束中斷標志；● 寫沖突保護；● 總線競爭保護等。 SPI模塊為了和外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時鐘相位和極性應(yīng)該一致。SPI總線接口時序如圖22及23所示[3]。圖22 CPHA=0時SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時序圖23 CPHA=1時SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時序 RS232總線簡介RS232C是一個已制定很久的標準，最初是為遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。RS232C接口最大傳輸速率為20Kbps，線纜最長為15米。RS232C接口通常被用于將電腦信號輸入控制，當通信距離較近時，可不需要Modem，通信雙方可以直接連接，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號線。EIARS232C 對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。在TXD和RXD上：邏輯1(MARK)=3V～15V；邏輯0(SPACE)=+3～+15V。以上規(guī)定說明了RS232C標準對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)（信息碼），邏輯“1”（傳號）的電平低于3V，邏輯“0”（空號）的電平高于+3V；EIA RS232C 與TT