【正文】 總線的主要特點(diǎn) …………………………………………………………… ..3 CAN 總線的幀類型 ……………………………………………………………… ..4 第三章 CAN 控制器 SJA1000 及總線收發(fā)器 PCA82C250…………………………… .6 SJA1000 簡介 ………………………………………………………………… ........6 SJA1000 的主要特點(diǎn) ……………………………………………………… .6 SJA1000 的硬件配置 ……………………………………………………… .6 SJA1000 的主要內(nèi)部寄存器 ……………………………………………… .7 PCA82C250 簡介 ……………………………………………………………... .....11 PCA82C250 的主要特性 ………………………………………………… ..11 PCA82C250 的硬件配置 ………………………………………………… ..11 PCA82C250 的工作模式 ………………………………………………… ..12 第四章 CAN 采集控制器的硬件設(shè)計(jì) ………………………………………………… .12 運(yùn)算放大器與 AD 轉(zhuǎn)換器連接 ………………………………………………… .12 AD 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接 …………………………………………………… ...13 狀態(tài)量的采集 …………………………………………………………………… 14 單片機(jī)與液晶顯示器的連接 …………………………………………………… 14 單片機(jī)與 CAN 控制器的連接 ………………………………………………… ..14 CAN 模塊地址 的硬件設(shè)置 及控制參數(shù)設(shè)置 …………………………………… 15 CAN 控制器與 CAN 總線收發(fā)器的連接 ……………………………………… ..16 看門狗與單片機(jī)及 CAN 控制器的連接 ……………………………………… ..17 CAN 總線收發(fā)器與 CAN 總線的連接 ………………………………………… ..18 電源模塊 ……………………………………………………………………… ..19 第五章 CAN 采集控制器的軟件設(shè)計(jì) ………………………………………………… .20 數(shù)據(jù)采集模塊 ………………………… ………………………………………… 20 SJA1000 的初始化模塊 ………………………………………………………… .20 SJA1000 的報(bào)文發(fā)送模塊 ……………………………………………………… .21 SJA1000 的報(bào)文接收模塊 ……………………………………………………… .22 總結(jié) ……………………………………………………………………………………… ..24 主要參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………….. ........25 附錄 A CAN 總線節(jié)點(diǎn)電路原理圖 …………… ……………………………………… .26 附錄 B CAN 總線部分子程序清單 …………………………………………………… .27 致謝 ……………………………………………………………………………………… ..32 1 DCS 中基于 CAN 總線的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集控制器的開發(fā) 第一章 概述 論文的特色 本論文從現(xiàn)場總線入手，引出 CAN 總線，再逐步的細(xì)化、具體，按照從協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)到芯片器件，再到通信系統(tǒng)的思路，一層一層的深入，從理論到實(shí)踐，從抽象到具象，步步為營。本論文中論述了 CAN 總線的基本原理與技術(shù)規(guī)范，討論了 CAN 控制器的工作原理，分析了 CAN 通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （內(nèi)封面） 題 目： 基于 CAN 總線的數(shù)據(jù)采集 器的開發(fā) 學(xué)生姓名： XX 學(xué) 號(hào) ： xx 院 （系）： 電子 科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 自 動(dòng) 化 入學(xué)時(shí)間： 2021 年 10 月 導(dǎo)師姓 名： xx 職稱 /學(xué)位： 講 師 導(dǎo)師所在單位： xx 大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 DCS 中基于 CAN 總線的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集控制器的開發(fā) 摘要 現(xiàn)場總線是自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。本論文是按照從 CAN 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)到實(shí)現(xiàn) CAN 總線的工具再到如何實(shí)現(xiàn) CAN 總線的脈絡(luò)逐步展開的。 其中，介紹協(xié)議 標(biāo)準(zhǔn)及芯片器件，是為后面介紹 CAN 采集控制器系統(tǒng)服務(wù)的。 【 1】【 9】 作為目前最流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一的 CAN 總線，是一種串行通訊協(xié)議，是一種基于微控制器件的網(wǎng)絡(luò)，其通信接口中集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)和工業(yè)控制等自動(dòng)化領(lǐng)域。 論文的內(nèi)容安排 論文的開頭介紹了現(xiàn)場總線的相關(guān)知識(shí)，包括現(xiàn)場總線的概念、主要特點(diǎn)、發(fā)展背景及趨勢等，讓讀者對(duì)現(xiàn)場總線有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí) ，為下面介紹 CAN 總線作鋪墊，進(jìn)而引出 CAN 總線，可謂順理成章。將 CAN 的技術(shù)規(guī)范與 CAN 控制器緊密結(jié)合起來，是本論文的一大特色 。 緊接著是全論文的總結(jié)，然后是 CAN 節(jié)點(diǎn)電路的整體原理圖及 CAN 總線部分子程序的附錄 ，最后是致謝部分。 2． 互可操作性和互用性：前者是指實(shí)現(xiàn)互連的設(shè)備間和系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；后者是指不同生產(chǎn)廠家性能類似的設(shè)備可以互相替換。 3 5． 現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性：專門為 環(huán)境而設(shè)計(jì)的， 可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線和電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)通信與供電，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。 3． 開放系統(tǒng)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢 不同廠商提供的設(shè)備之間的通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，會(huì)嚴(yán)重束縛了工廠底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 2. CAN 節(jié)點(diǎn)借助于報(bào)文濾波技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 4. CAN 總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。 【 1】【 9】 6. CAN 發(fā)送時(shí)每連續(xù) 5 個(gè)同狀態(tài)電平后插入一位相補(bǔ)的電平，還原時(shí)每 5 個(gè)相同狀態(tài)電平后的相補(bǔ)電平刪除，從而保證數(shù)據(jù)的透明性。 2. 遠(yuǎn)程幀（ Remote Frame） 遠(yuǎn)程幀被用來請(qǐng)求總線上某個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己想要接收 的某種數(shù)據(jù)，其格式與數(shù)據(jù)幀類似，主要區(qū)別在于遠(yuǎn)程幀沒有數(shù)據(jù)場。 圖 3： CAN 標(biāo)準(zhǔn)幀的放置 擴(kuò)展格式使用整個(gè)的 13B 發(fā)送緩沖器 ,具體放置內(nèi)容為 : 字節(jié) 1： IDE RTR X X DLC3 DLC2 DLC1 DLC0 字節(jié) 2： 字節(jié) 3： 字節(jié) 4： 字節(jié) 5： X X X 字節(jié) 6~字節(jié) 13：待發(fā)送的實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)遠(yuǎn)程幀無效。 6 4. 過載幀 各 節(jié) 點(diǎn) 過 載標(biāo) 志 的 疊 加過 載 界 定 符幀 間 空 間 或 過 載 幀過 載 幀幀 結(jié) 束 或 錯(cuò) 誤 界 定 符 或 過 載 界 定 符 圖 6：過載幀結(jié)構(gòu) 當(dāng)某接收器因內(nèi)部原因等，要求緩發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀時(shí)，它向總線 發(fā) 過載 幀。 間歇場包括 3 個(gè)隱性位。 SJA1000 硬件配置 1. SJA1000 的模塊結(jié)構(gòu) 7 圖 8： CAN 控制器 SJA1000 的 模塊結(jié)構(gòu) 1） IML： 解釋來自 CPU 的命令，控制 CAN 寄存器的尋址，向主控制器提 供中斷信息和狀態(tài)信息。 4） ACF： 8B，把它其中的數(shù)據(jù)和接收的識(shí)別碼相比較，以決定是否接收信息。 2． SJA1000(DIP 封裝 )的引腳圖 圖 9： SJA1000 的引腳 注： 1） AD7~AD0 為多路地址 /數(shù)據(jù)總線； 2） CLKOUT 輸出頻率可由時(shí)鐘分頻寄存器（ CDR）的 、 、 位設(shè)置； 3） XTAL XTAL2 接 24MHZ 晶振； 4） MODE 為 1 表示 Intel 模式； 5） 用于中斷微控制器，低電平有效。 2. 命令寄存器 CMR（地址 1） （ RRB） =1,釋放 RXFIFO 內(nèi)存空間； （ AT） =1，等待中的發(fā)送請(qǐng)求被取消； （ TR） =1，發(fā)送請(qǐng)求，信息被發(fā)送。 1）標(biāo)準(zhǔn)幀 標(biāo)準(zhǔn)幀的濾波使用 4B 驗(yàn)收濾波器的前 2B。 CAN 總線的一個(gè)位時(shí)間通常包括同步段、相位緩沖段 1 和相位緩沖段 2。增長或縮短的上限與同步跳轉(zhuǎn)寬度 TSJW 相等。 PCA82C250 簡介 PCA82C250 的主要特性 ： 1. 完全符合“ ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)； 2. 高速率，最高速率可達(dá) 1Mbps； 3. 斜率控制，降低射頻干擾； 4. 差分接收器，抗共模干擾； 5. 防止電池和地之間發(fā)生短路； 6. 低電流待機(jī)模式。 3. 待機(jī)模式（ VRs,通常將 Rs 腳接高電平） 這種模式下，發(fā)送器被關(guān)閉，接收器轉(zhuǎn)至低電流 。如圖 16， TLC2254每路的 in與 out 相連， in+接模擬量輸入，放大后的結(jié)果送至 AD 轉(zhuǎn)換器的前四個(gè)通道。 狀態(tài)量的采集 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 07 S he e t o f F i l e : D : \ 我的學(xué)習(xí)專區(qū) \ 畢業(yè)設(shè)計(jì) \ l i ns hi \ xu d b D r a w n B y :U2R51KR110K+5U3R61KR210K+5U4R71KR310K+5U5R81KR410K+5P 2. 324P 2. 223P 2. 122P 2. 021U1A T 89 S 521234J1C O N 4狀 4狀 3狀 2狀 1 圖 18：狀態(tài)量的采集電路 如圖 18 為狀 態(tài)量的采集電路，外部狀態(tài)通過光耦與單片機(jī)引腳相連，單片機(jī)可以通過查詢的方式隨時(shí)檢測外部系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 當(dāng)單片機(jī)不是對(duì) TLC1543 進(jìn)行操作時(shí)， 腳總為高電平，選通 SJA1000，從而達(dá)到分時(shí)操作的目的。最簡單的方法就是系統(tǒng)中一個(gè)模塊接收同一種標(biāo)識(shí)的信息幀，這個(gè)信息幀的標(biāo)識(shí)實(shí)際上就是 它的接收模塊的地址。 同時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，鍵盤可用來設(shè)置控制參數(shù)。 為了增強(qiáng) CAN 總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力， SJA1000 的 TX0 和 RX0 是通過高速光耦 6N137 與 PCA82C250 的 TXD 和 RXD 相連，這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電氣隔離。而且， X25045內(nèi)部設(shè)有存儲(chǔ)單元，可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，增大了本地 報(bào)文的存儲(chǔ)空間。 C1 和 C2 是電源濾波電容， X25045 的復(fù)位引腳直接接單片機(jī)的 RST 腳，并 通過非門接 CAN 控制器的 腳，以實(shí)現(xiàn)同步復(fù)位，再加上10KΩ 的上拉電阻，而按鈕 SWPB 是為手動(dòng)復(fù)位而設(shè)置的，這樣就組成了一個(gè)實(shí)際的看門狗 電路。兩根 CAN 總線接入端與地之間分別反接一個(gè)保護(hù)二極管，能起到過壓保護(hù)的作用。 電源模塊 整個(gè) CAN 系統(tǒng)主要使用 +5V 電源，如圖為 220V 交流電壓轉(zhuǎn)化為 +5V 直流電壓 的 原理圖。 第五章 CAN 采集控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集模塊 啟動(dòng) TLC 1543 工作讀入 TLC 1543 的上次 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果并向 TLC 1543 發(fā)本次要轉(zhuǎn)換的下一個(gè)通道地址禁 止 T L C 1 5 4 3 工 作保 存 讀 入 的 A D 轉(zhuǎn) 換 結(jié)果 ， 置 下 一 個(gè) 存 放 地址 和 下 一 個(gè) 通 道 地 址 圖 26： 數(shù)據(jù)采集模 塊流程圖 單片機(jī)啟動(dòng) TLC1543 工作后，要向 TLC1543 發(fā)時(shí)鐘時(shí)序作為同步信號(hào)，并在該同步時(shí)鐘作用下一邊讀入上次轉(zhuǎn)換結(jié)果，一邊發(fā)本次要轉(zhuǎn)換的通道地址。 3. 報(bào)文發(fā)送的具體過程 當(dāng) SJA1000 正在發(fā)送報(bào)文時(shí)，發(fā)送緩沖器被寫鎖定。 24 結(jié)束語 本 文首先引入了現(xiàn)場總線這一集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的新 的技術(shù)模式，論述了現(xiàn) 場總線的定義、特點(diǎn)和類型。AD 轉(zhuǎn)換的通道首地址，即 A0 通道 MOV R5,5。最后著重介紹了 CAN 采集控制 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，對(duì)每一模塊都作了具體分析。只有 TBS=1且 TS=0，才可以將新報(bào)文寫到發(fā)送緩沖器，置位命令寄存器的發(fā)送 請(qǐng)求標(biāo)志（ TR=1），使 SJA1000 啟動(dòng)發(fā)送；否則，主控制器將