【正文】 摘 要隨著總線技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)在儀器控制、生產(chǎn)過程等領(lǐng)域起著越來越重要的作用。其中，CAN 總線作為一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的技術(shù)，以其穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、通訊速率高、維護(hù)成本低及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)逐漸受到人們的重視，并被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，取而代之的將是具有開放性的現(xiàn)場總線控制，基于 CAN 協(xié)議的現(xiàn)場總線控制的研究與開發(fā)具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的需要，本文在研究廣泛文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，研制了基于CAN 總線的機(jī)器人步進(jìn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了 CAN 總線舵機(jī)控制。本文在討論了 CAN 總線的技術(shù)原理和技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上提出和實(shí)現(xiàn)了基于CAN 協(xié)議的舵機(jī)控制系統(tǒng)。其中，選用基于 ARM Corex—M3 內(nèi)核的STM32F103RBT6 的 32 位單片機(jī)與 CAN 收發(fā)器 SN65HVD230 芯片設(shè)計(jì)了具體的硬件電路，采用 Keil ARM 高級語言編寫了單片機(jī)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的軟件模塊，并且采用 MFC 編寫上位機(jī)軟件。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；CAN 總線；STM32 微控制器；Visual c++ ；舵機(jī)；控制系統(tǒng)AbstractWith the emergence and development of instrumentation bus technology．fieldbus in the control apparatus production process. and other fields have been playing an increasingly important role． CAN fieldbus as an effective distributed controI and realtime control of the good stability, high realibility, Antiinterferference capability, highspeed munication，low maintenance costs and its unique design is attracting increasing attention and is recognized as one of the most promising fieldbus. With the rapid development of fieldbus technology, traditional automatic control is seriousoy challenged, and will be replaced by the open fieldbus control．Control research and deveIopment based on the agreement of CAN is of great practical significance．To meet the needs of science and technology, the paper studies in a wide range of literature, and developed a control according to the rudder machine of the CAN bus, carried out CAN bus rudder machine control． In this paper, a detailed analysis based on the design of the CAN protocoI of intelligant control is given as well as design features．According to functional needs and hardware design, selection STM32F103RBT6 and SN65HVD230 CAN chip as a specific hardware circuit, use Keil ARM to develop system architecture and software modules and use VC MFC to program for the host puter．Key words：Fieldbus 。CAN bus 。STM32chip 。Visual c++。Rudder。Control system目錄摘 要 .............................................................1ABSTRACT...........................................................21 引言 .............................................................4 選題目的及意義 ...............................................4 現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢 ...........................................5 本次選題的工作內(nèi)容及任務(wù) .....................................6 本次設(shè)計(jì)的先進(jìn)性 .............................................6 本章小結(jié) .....................................................62 CAN 總線的概念及其相關(guān)協(xié)議 .......................................7 CAN 總線的概念 ...............................................7 CAN 總線的特點(diǎn) ...............................................9 CAN 總線的分層結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議 ................................10 報(bào)文發(fā)送及其幀結(jié)構(gòu) ..........................................13 錯(cuò)誤類型和界定 ..............................................18 CAN 總線通信原理 ............................................19 本章小結(jié) ....................................................213 系統(tǒng)的硬件組成 ..................................................22 CAN 總線控制舵機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 ..........................22 STM32F103RBT6 簡介 ..........................................23 CAN 節(jié)點(diǎn)接口芯片介紹 ........................................30 舵機(jī)控制器介紹 ..............................................34 按鍵處理 ....................................................35 本章小結(jié) ....................................................364 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ..................................................37 系統(tǒng)軟件的總統(tǒng)設(shè)計(jì) ..........................................37 下位機(jī)數(shù)據(jù)采集處理軟件設(shè)計(jì) ..................................37 CAN 節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) ..........................................38 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) ..............................................43 本章小結(jié) ....................................................515 結(jié)論與展望 ......................................................52 結(jié)論 ........................................................52 展望 ........................................................52致謝 ..............................................................53參考文獻(xiàn) ..........................................................541 引言 選題目的及意義 選題目的⑴ 學(xué)習(xí)和掌握 CAN 總線的概念及其相關(guān)的協(xié)議。⑵ 學(xué)習(xí) STM32 系列單片機(jī)原理及其接口應(yīng)用，學(xué)會(huì)利用單片機(jī)解決具體問題。⑶ 學(xué)會(huì)利用微處理器、CAN 控制器、CAN 收發(fā)器及其相關(guān)的器件設(shè)計(jì)幾個(gè)總線節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的通信。⑷ 學(xué)習(xí) c++軟件開發(fā)語言，在 Visual C++開發(fā)環(huán)境下開發(fā) MFC 上位機(jī)顯示界面，實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)和計(jì)算機(jī)的通信。 選題意義舵機(jī)是比較精密的伺服系統(tǒng)，通過 PWM 信號(hào)控制，輸出位置與控制信號(hào)脈寬成對應(yīng)關(guān)系，控制方法簡單，在工業(yè)領(lǐng)域和其他方面得到廣泛的應(yīng)用。對于由多個(gè)舵機(jī)組成的舵機(jī)系統(tǒng)的控制方式一般有 2 種：(1)集中控制在同一電路板上同時(shí)產(chǎn)生多路 PWM 控制信號(hào)，通過信號(hào)延長線接人舵機(jī)進(jìn)行控制。這種方式信號(hào)間的互擾比較嚴(yán)重，舵機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。(2)分散控制舵機(jī)控制器安裝在舵機(jī)附近，通過串口與主控制器通信。這種方式控制的穩(wěn)定性和效率比較低，很難滿足實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)的要求。為了解決這些缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了這套系統(tǒng)，系統(tǒng)采用 CAN 總線傳輸控制指令，CAN 總線的傳輸速率可以達(dá)到 1 Mb／s，有效地解決了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問題；PWM 信號(hào)產(chǎn)生電路安裝在舵機(jī)附近，并采用硬件計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，這樣有效地降低了信號(hào)的互擾，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢 現(xiàn)場總線技術(shù)自 70 年代誕生至今，由于它在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，引起人們的廣泛注意，得到大范圍的推廣，導(dǎo)致了自動(dòng)控制領(lǐng)域的一場革命。 國內(nèi)現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢 國內(nèi)現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢是：多種現(xiàn)場總線在國內(nèi)展開激烈競爭，競爭的重點(diǎn)是應(yīng)用工程；國內(nèi)自己開發(fā)的現(xiàn)場總線產(chǎn)品開始投入市場；國內(nèi)各行業(yè)的現(xiàn)場總線應(yīng)用工程迅速發(fā)展。 現(xiàn)場總線應(yīng)用工程的發(fā)展趨勢 通過應(yīng)用技術(shù)發(fā)揮現(xiàn)場總線的優(yōu)勢 不同類型的現(xiàn)場總線組合更有利于降低成本 現(xiàn)場總線的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，一般控制系統(tǒng)也有網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是從物理形態(tài)上考慮通信網(wǎng)絡(luò)和輸入、輸出線纜網(wǎng)絡(luò)的布置。 本次選題的工作內(nèi)容及任務(wù) 本課題主要采用基于 ARM Cortex 作為內(nèi)核的 STM32F103RBT6 微處理器作為舵機(jī)控制核心．并采用 SN65HVD230 作為 CAN 智能節(jié)點(diǎn)的核心收發(fā)模塊，設(shè)計(jì)出了小型舵機(jī)控制系統(tǒng)，能完成舵機(jī)的實(shí)時(shí)控制、雙向通信等功能。論文的主要內(nèi)容如下： CAN 總線的技術(shù)規(guī)范、特點(diǎn)、協(xié)議、應(yīng)用及其典型器件等幾個(gè)方面對 CAN 總線技術(shù)進(jìn)行了研究，為智能網(wǎng)絡(luò)控制的數(shù)據(jù)通信做準(zhǔn)備。適于 CAN 總線的智能網(wǎng)絡(luò)控制的硬件部分主要包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，其中下位機(jī)由微處理器實(shí)施舵機(jī)控制，再控制 CAN 控制實(shí)現(xiàn)報(bào)文的發(fā)送與接收；上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)等控制功能。CAN 收發(fā)器完成上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了 CAN 總線的通信。根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)、軟件任務(wù)，采用合適的程序設(shè)計(jì)方法，繪制程序流程圖，采用 C 語言進(jìn)行程序編制，其中上位機(jī)的界面顯示利用 VC 的 MFC 控制臺(tái)進(jìn)行編程。軟件部分主要包括主程序、鍵盤檢測、CAN 總線通信、上位機(jī)界面顯示等。 本次設(shè)計(jì)的先進(jìn)性 在對舵機(jī)的控制中，采用不同的控制方法會(huì)使控制的成本和精度以及控制的實(shí)時(shí)性等有巨大的差別，特別是在多路舵機(jī)的控制中，常規(guī)控制會(huì)增加控制的難度、占用更多的控制引腳，給設(shè)計(jì)人員帶來很大的困擾。本設(shè)計(jì)采用 CAN 總線控制多路舵機(jī)，減少了對硬件資源的占用，提高了控制的精度，降低了控制成本，對于多路舵機(jī)的控制具有很重要的意義。 本章小結(jié)本章主要介紹了本次設(shè)計(jì)目的意義，然后介紹了現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，還介紹了現(xiàn)場總線控制的發(fā)展概況。對現(xiàn)場控制總線有一個(gè)總體上的把握和全新的認(rèn)識(shí)。最后，介紹了本次設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容及設(shè)計(jì)任務(wù)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作做整體上的安排。2 CAN 總線的概念及其相關(guān)協(xié)議 CAN 總線的概念CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇，是目前國際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一。CAN 最初出現(xiàn)在汽車工業(yè)中，80 年代由德國 Bo