【正文】 出現(xiàn)，當(dāng)系 第 13 頁 共 46 頁 統(tǒng)有錯誤，出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。 CAN bus 總線在通信能力可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢 。 控制器的選定及其簡介 由 上述 方案論證 得出所用的控制器為 89S51 單片機(jī)，單片機(jī)（ MICROCONTROLLER，又稱 為 微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī)算機(jī)，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存貯器 RAM、程序存貯器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種 I/O 接口電路。 其中 89S51 的封裝管腳如圖 所示。 其中 定時和控制部件用于產(chǎn)生指令執(zhí)行的同步信號及微操作信號。作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖??；作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖。 P1 是一個純 I/O 口，它只用于數(shù)據(jù)的輸入輸出。上電復(fù)位是利用電容的充放電來實現(xiàn)。 總線芯片的 選定 及 其 簡介 由上述方案論證得出所用的通信標(biāo)準(zhǔn)為 RS485， Maxim 公司生產(chǎn)的 MAX485 接口芯片是就是一種常用的 RS－ 485 芯片。從圖中可以看出 ,MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單 ,內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。同時將 A 和 B 端之間加匹配電阻，一般可選 100Ω 的電阻。 MAX485 的驅(qū)動器擺率不受限制 , 可以實現(xiàn)最高 的傳輸速率。接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。 （ 2） P1 口 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 （ 4） P3 口 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。晶振頻率的典型值為 6MHz或 12MHz，設(shè)計中電容取 30pF，晶振為 。在圖中可以看出，上電瞬時 RST 端的電位與VCCC 等電位， RST 為電平，隨著電容器充電電流的減少， RST 的電位不斷下降，其充電時間常數(shù)為 10 106 103s＝ 82 103s=82ms,此時間常數(shù)足以使 RST 在保持為高電平的時間內(nèi)完成復(fù)位操作。 （ 4） 共模輸入電壓范圍為 7V~+12V； （ 5） 工作電流范圍為： 120uA~500uA。如圖 所示： 圖 輸出和顯示電路 第 20 頁 共 46 頁 4 軟件部分 單片機(jī)通信的軟件設(shè)計 通信協(xié)議 要想保證通信成功，通信雙方必須有一定的約定。單片機(jī)與 單片 機(jī)之間的通信協(xié)議為： 波特率： 9600bit/s； 信息格式： 1 位起始位（低電平）， 8 位數(shù) 據(jù)位， 1 位 可編 程的第 9位 ， 1位停止位（高電平）。該位置 1 表示該幀為地址信息。 （ 5）主機(jī)接收數(shù)據(jù)時先判斷數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志（ RB8），若 RB8=1，則表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。 （ 7）主機(jī)收到從機(jī)的應(yīng)答地址后，確認(rèn)地址是否相符。一般異步通信的波特率為 第 21 頁 共 46 頁 213 2 1 2 2S M O D O S CKf ???? ?????波特率 初值509600 b/s。其波特率公式為： （ ） T1 在設(shè)置波特率時，一般都采用模式 2，因為當(dāng) T1 益出后，參數(shù)自動裝入，可避免不必要的中斷請求。 按鍵 的檢測 和數(shù)據(jù)的傳送 是采用查詢方式， 地址和命令的判別 采用 中斷處理。 第 22 頁 共 46 頁 開始 波特率設(shè)置 端口初始化 是否有房間選擇鍵按下 是否有燈控鍵按下 選擇本機(jī)的 標(biāo)志是否為 1 N N N Y Y Y 將相應(yīng) 燈 的狀態(tài)置反 第 23 頁 共 46 頁 （ 1）有房間選擇鍵按下時的處理程序： （ 2）選擇本機(jī)的標(biāo)志為 1時的處理程序： 發(fā)送房 間地址 發(fā)送 讀命令 接收信息 接收 完成？ 將收到的燈狀態(tài)送到本機(jī)顯示 N Y 第 24 頁 共 46 頁 （ 3）中斷處理程序： 接收信息 接收 完成？ N Y 是發(fā)送命令？ 發(fā)送本房間 燈的狀態(tài) 接收信息 Y 接收完成？ 根據(jù)收到的信息改 變本房間的燈狀態(tài) N Y 標(biāo)志位置 0 N 第 25 頁 共 46 頁 是本機(jī)地址？ 將標(biāo)志位置 1 退出中斷 N Y 第 26 頁 共 46 頁 5 硬件 系統(tǒng)制作及調(diào)試 硬件 系統(tǒng)的制作的過程分為以下五個步驟 ： (1)硬件系統(tǒng)設(shè)計， 如電路原理圖設(shè)計、 PCB 印制板繪制等。 (5)硬件調(diào)試， 把硬件接上電源工作，看是否能實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計時的功能。在這一過程中，要充分利用 protel 99 se 所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。這時可以通過加載元件庫的方法來實現(xiàn)元件的載入 （ 4） 置元件 在加載的元件庫中取出所需的元件，并將元件放入工作面板中。該過程包裹 元件的位置的重新調(diào)整，導(dǎo)線位置的刪除、移動，更改元件屬性和排列等。原理圖設(shè)計的合理，制成電路板后系統(tǒng)卻工作不正常的事情屢見不鮮，究其原因，多半是 PCB 板的設(shè)計存在問題，特別是頻率較高的電路和數(shù)字模擬混合電路的印刷 線路板的設(shè)計。以后我 要想很好地掌握它，還需 自己好好去體會。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局。元器件均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上。 布線 在 PCB 設(shè)計中，布線是完成 硬件 設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個 PCB 中，以布線的設(shè)計過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定，包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。 一般 PCB 布線有以下規(guī)定： ⑴ 輸入輸出端用的導(dǎo)線盡量避免相鄰平， 以免產(chǎn)生反射干擾。所以對電、地線的布線要認(rèn)真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 現(xiàn)在有許多 PCB 不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。也有在 PCB 上不共地的，這 由系統(tǒng)設(shè)計來決定。 硬件調(diào)試 在印制電路板工作完成之后，在電路板實現(xiàn)設(shè)計的要求的功能前，我對的硬件電路板進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試，這里將調(diào)試的過程及在調(diào)試的過程中所遇到的問題提出來進(jìn)行討論， 第 29 頁 共 46 頁 以便能夠進(jìn)一步的掌握設(shè)計工作的要領(lǐng)。當(dāng)以上檢測都沒有什么問題的時候，就可以燒寫單片機(jī)程序，進(jìn)行整體調(diào)試了，調(diào)試的結(jié)果 如 能達(dá)到設(shè)計的要求數(shù)據(jù)，就算硬件設(shè)計工作完成。 軟件調(diào)試 程序的初始化調(diào)試 本設(shè)計系統(tǒng)的控制程序是采用 C51 語言編程，編程所采用的軟件是 Keil uVision2 MCS51 編程軟件。但在初次燒程序進(jìn)去進(jìn)行簡單測試的時候發(fā)現(xiàn)兩個板的工作狀態(tài)不一樣，接著我對整個電路板進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)有的元器件的引腳虛焊了，導(dǎo)致信號沒有正常地輸出。執(zhí)行的步驟是先檢測電容、電阻及導(dǎo)線是否短接。通過這次布線，我提高了本人的動手能力，獲得不少的經(jīng)驗。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整 個 PCB 對外界只有一個結(jié)點，所以必須在 PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在 PCB 與外界連接的接口處（如插頭等）。 由于線寬有以下關(guān)系： 地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為： ～ ,最 細(xì)寬度可達(dá) ～ ,電源線為 ～ mm，所以，要使地線寬度比電源線寬。 ⑶ 電 源和地線的處理 。并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在 第 28 頁 共 46 頁 自動布線之前，可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。 ⑶ 盡可能使元器件平行排列。經(jīng)過調(diào)試之后和在同學(xué)的指導(dǎo)下，重新布局如下： ⑴ 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并且使信號盡可能保持一致的方向。 PCB 尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在這次制作印刷板的過程中，在老師和同學(xué)們的指導(dǎo)下，完成了比較滿意的 PCB 板。 （ 8） 檢查修改 利用 PROTEL 99 提供的各種校驗工具，對原理圖進(jìn)行檢查，并對原理圖進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和修改，確保原理圖的準(zhǔn)確無誤。 （ 5） 進(jìn)行原理圖布線 利用 PROTEL 99 提供的各種工具和指令進(jìn)行布線，使用具有電氣意義的導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號、端口標(biāo)號和電器連接點將工作面板上的元件連接起來，構(gòu)成一個完整的電路原理圖。 （ 2） 設(shè)置圖紙信息 設(shè)計原理圖之前，必須根據(jù)電路的復(fù)雜程度設(shè)置圖紙的大小，以及設(shè)置圖紙的方向、網(wǎng)格大小和標(biāo)題欄等信息。 下面分別介紹系統(tǒng)制作的過程。 (3)應(yīng)用程序的仿真調(diào)試， 指用仿真器對硬件進(jìn)行在線調(diào)試或軟件仿真調(diào)試，在調(diào)試中不斷修改、完善硬件及軟件。 按照以上的軟件程序設(shè)計思想，畫出單片機(jī)程序的流程圖并根據(jù)流程圖寫出相應(yīng)的程序 ，具體程序見附錄 B。 單片機(jī)的軟件 流程 軟件部分是用來配合硬件電路，控制后面電路的響應(yīng)，以實現(xiàn)設(shè)計預(yù)定功能。下面來計算定時器的初值。 波特率的設(shè)置 在串行通信中，一個重要的指標(biāo)是波特率，它反映了串口通信的數(shù)率，也反映了對傳輸通道的要求。 （ 6）苦味主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則從機(jī)在第 3步中比較地址相符后，從機(jī)令 SM2=0；同時把本站地址發(fā)回主機(jī)，作為應(yīng)答之后才能收到主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)。對于地址相符的那個那從機(jī)，使 SM2 位清 0，以接收主機(jī)隨后發(fā)來的所有信息；對于地址不符的從機(jī)，仍保持 SM2=1，對主機(jī)隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)不理睬，直到發(fā)送新的地址幀。 （ 2） 主機(jī)先 發(fā)送一幀地址信息。在發(fā)送與接收方之間的這些約定，就叫通信協(xié)議，必須在編程前確定下來。 電路如下圖 所示 ： 圖 串口電路 其中 REDE為使能端，接單片機(jī)的 引腳。芯片包含一個驅(qū)動器和一個接收器，適用于半雙工通信。 圖 系統(tǒng)時鐘電路 第 18 頁 共 46 頁 復(fù)位 電路 為了提高可靠性 ,簡化電路，這里采用了上電復(fù)位的復(fù)位形式 。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖 所示。 AT89S51 單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本設(shè)計中用到 和 作為串口輸出， 作為 MAX485的使能端的控制引腳， RXD 與 TXD 與 RS485 芯片 MAX485 相連，信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后與其它機(jī)的 MAX485 連接。 （ 3） P2 口 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口 。 MAX485 與單片機(jī)的連接如 圖所示： 圖 MAX485 與單片機(jī)的連接圖 電路 原理圖設(shè)計 單片機(jī)的引腳控制功能 設(shè)計 本控制系統(tǒng)設(shè)計中單片機(jī)的各管腳的控制功能闡述如下： （ 1） P0 口 是 一組 雙向 I/O 端口 。所有器件都工作在 5V 單電源下。沒加負(fù)載時電壓有 ，加負(fù)載后降制 3V 左右。在與單片機(jī)連接時接線非常簡單。它完成將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS－ 485 電平的功能。前者，將復(fù)位端通過電阻與 VCC 相接；后者，利用 RC 微分產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的目的。P3 口對應(yīng)引