【正文】 LP：使用低功率振蕩晶體 (Low Power Crystal) XT：使用振蕩器 ∕諧振器 (Crystal/Resonator) HS：使用高速振蕩器 (High Speed Crystal/Resonator) RC：使用電阻 ∕電容 (Resister/Capacitor) 一般常用振 蕩晶體或是諧振器作為單片機(jī)振蕩源，外接電路及 PIC 內(nèi)部電路說明如圖 3 所示。 PIC 是 8 位的單片機(jī)，以接腳特性分組，每組盡量湊滿 8 支接腳，并將 I/O命名為 PORTA(RA0~RA5)、 PORTB(RB0~RB7)、 PORTC(RC0~RC7)、 PORTD(RD0~RD7)和 PORTE(RE0~RE2)等，各分組接口特性說明如下： 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件設(shè)計(jì) 17 ● PORTA PIC16F877 的 PORTA 總共有 6 個(gè)位 (RA0~RA5)， PORTA 的接腳可作為數(shù)字輸出輸入端口，而系統(tǒng)重置后， PORTA 自動(dòng)成為模擬輸入狀態(tài)，可讀取模擬輸入訊號(hào)。當(dāng)整體系統(tǒng)需要多單片機(jī)時(shí)，彼此可以經(jīng)由并列傳輸接口來快速傳輸資料。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件設(shè)計(jì) 18 MCP2510 CAN 控制器介紹 MCP2510 CAN控制器特點(diǎn) MCP2510 是 Microchip 公司生產(chǎn)的一種 CAN 控制器。在工業(yè)自動(dòng)化，多種控制設(shè)備、交通工具醫(yī)療儀器、建筑及環(huán)境控制中得到廣泛應(yīng)用。MCP2510 芯片提供 6 條 SPI 指令，分別是： ●復(fù)位指令（ Reset）：復(fù)位所有寄存器到默認(rèn)狀態(tài)，控制器進(jìn)入配置工作方式； ●讀指令：讀指定起始地址的寄存器值，可以讀連續(xù)地址的多個(gè)寄存值； ●寫指令：寫指定起始地址的寄存器，可以向連續(xù)地址多個(gè)寄存值寫內(nèi)容； ●請(qǐng)求發(fā)送報(bào)文指令（ RTS）：用來啟動(dòng)發(fā)送緩沖區(qū)報(bào)文發(fā)送。 MCP2510 復(fù)位后自動(dòng)進(jìn)入配置工作方式。 ●環(huán)路工作方式（ Loopback Mode）：控制器發(fā)送將發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入接收緩沖區(qū)，環(huán)路工作方式用于開發(fā)調(diào)試，此模式下不往總線送任何數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)置為使能狀態(tài)下的中斷源發(fā)生中斷時(shí)， MCP2510 引腳 INT 輸出中斷信號(hào)，在系統(tǒng)電路中 INT 和微控制器的外部中斷輸入引腳相連，作為微控制器的外部中斷進(jìn)行處理 [12]。由于其單指令單周期的特點(diǎn)，其運(yùn)算速度比同頻的 51 單片機(jī)快得多。利用它的全雙工異步方式，可以方便地與上位機(jī)進(jìn)行全雙工的串口通信。MSSP 有以下兩種工作方式： ●同步串行外圍接口 (SPI) ●芯片間總線 (I178。 圖 6 PCCAN 接口卡 系統(tǒng) 原理圖 Canbus Interface chip PCA82C250 MAX232 PIC16F877 MCP2510 SPI CAN controller TTL PIC Single c。 CAN 接口芯片選用 Philips 生產(chǎn)的 PCA82C250[2]。 PIC16F877 內(nèi)置主同步串行口 MSSP 模塊，用來與其它外圍串行接口或其它單片機(jī)芯片進(jìn)行通信。 PIC16F877 具有眾多的外設(shè)，包括通用同步 /異步收發(fā)器 USART。 PCCAN 接口卡的功能： ●實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串口的 RS232 與 CAN 總線間電平轉(zhuǎn)換； ●實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串口波特率與 CAN 總線不同波特率間轉(zhuǎn)換； ●對(duì) CAN 總線上每幀 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包與上位機(jī)串口比特流的雙向轉(zhuǎn)換； ●實(shí)現(xiàn)傳送數(shù)據(jù)的 CRC 校驗(yàn)及錯(cuò)誤重發(fā)； 根據(jù)其作用需要 具備的特點(diǎn)： ●工作穩(wěn)定； ●硬件簡(jiǎn)單可靠； ●同時(shí)具有 CAN 總線通信功能以及串口通信功能； 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件設(shè)計(jì) 21 ●運(yùn)算速度能夠滿足在多子節(jié)點(diǎn)情況下的要求； 根據(jù)以上特點(diǎn)，選用了 PIC16F877 單片機(jī)作為接口卡的核心。 MCP2510中斷處理 MCP2510 控制器中斷源有：發(fā)送中斷，接收中斷，報(bào)文錯(cuò)誤中斷，睡眠激活中斷，錯(cuò)誤中斷?？偩€狀態(tài)的變化可以激活此工作方式進(jìn)入正常工作方式。 MCP2510工作方式 MCP2510 有多種工作方式，不同工作方式下其功能是不一樣的，在不同的工作方式下通過修改 位可以轉(zhuǎn)換 MCP2510 工作方式。 Vss9RX1BF10OSC18OSC27TX2RTS6TX1RTS5RX0BF11CS16RESET17Vdd18INT12SCK13TX0RTS4CLKOUT3RXCAN2TXCAN1S114S015MCP2510 圖 5 MCP2510 引 腳 總體特點(diǎn)： ●實(shí)現(xiàn)在 1Mb/s 下的完成 CAN 和 協(xié)議的兼容； ●可變 0～ 8 個(gè)字節(jié)的消息長(zhǎng)度； ●可處理標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀； ●速度可編程； ●支持遠(yuǎn)程幀； ●帶優(yōu)先消息存儲(chǔ)功能的兩個(gè)接收緩沖器； ● 6 個(gè)接收過濾器； ● 2 個(gè)屏蔽接收過濾器； ●具有優(yōu)先發(fā)送和退出功能的 3 個(gè)發(fā)送緩沖器； 硬件特點(diǎn)： 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件設(shè)計(jì) 19 ●高速 SPI 接口； ●帶 有可編程預(yù)分頻器的時(shí)鐘輸出； ●可選擇是否使能的中斷輸出腳； ●接收緩沖滿輸出腳可配置為每個(gè)接收緩沖器滿中斷輸出，也可配置為通用的數(shù)據(jù)輸出腳； ●請(qǐng)求發(fā)送輸入腳可配置為請(qǐng)求每個(gè)發(fā)送緩沖器立即啟用消息發(fā)送的控制腳，也可配置為通用的數(shù)據(jù)輸出腳； ●具有低能耗休眠模式； 低能耗 CMOS 技術(shù) ●操作電壓從 到 ； ●正常運(yùn)行時(shí)典型電流 5mA； ●休眠時(shí) 55V 電壓下 10μ A 電流； 電流范圍： ● 40℃到 85℃； MCP2510指令 微控制器（ MCU）控制操作 MCP2510 是通過讀寫內(nèi)部寄存器 來實(shí)現(xiàn)， MCP2510內(nèi)部寄存器有狀態(tài) /標(biāo)志寄存器和控制寄存器，部分寄存器為只讀，部分寄存器為可讀寫，有的寄存器還可位編輯。它有 3 個(gè)發(fā)送緩沖器和 2 個(gè)接收緩沖器，可以減少微處理器對(duì)消息的管理需要。 PIC16F877指令簡(jiǎn)介 PIC16F877 常用的語言有匯編語言與 C 語言兩種，匯編語言是將每一個(gè)機(jī)器碼使用一個(gè)文字代號(hào)代表，比較接近處理器真正動(dòng)作模式；而 C 語言是比較符合人們的 使用習(xí)慣，事先將匯編語言組合成 C 語言形式，使用較為方便，但是 C 語言所組譯的機(jī)器碼程序通常比較大，且組譯軟件通常需要額外購買。 ● PORTC PORTC 總共有 8 個(gè)位 (RC0~RC7)，除了可作為數(shù)位 I/O 外，還和一些特殊功能的周邊電路共享接腳， 例如 CCP（直流馬達(dá)控制）、 I2C、 SPI（同步串行通訊電路）、 UART（異步串行傳輸電路）等等。 如圖 4 所示。 ● USART： Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，同步 /異步串行傳輸，如 RS23 RS485 等。 PIC16F877特性簡(jiǎn)介 PIC16F877 是由 Microchip 公司所生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，屬于 PICmicro 系列單片微機(jī)，具有 Flash program 程序內(nèi)存功能，可以重復(fù)燒錄程序，適合教學(xué)、開發(fā)新產(chǎn)品等用途；而其內(nèi)建 ICD(In Circuit Debug)功能，可以讓使用者直接在單片機(jī)電路或產(chǎn)品上，進(jìn)行如暫停微處理器執(zhí)行、觀看緩存器內(nèi)容等，讓使用者能快速地進(jìn)行程序除錯(cuò)與 開發(fā)。 ●尋址空間設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 PIC 系列單片機(jī)的程序、堆棧、數(shù)據(jù)三者各自采用互相獨(dú)立的尋址空間。 I178。每個(gè) I/O 引腳吸入和出電流的最大值可分別達(dá)到25mA 和 20mA，能夠直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管 LED、光電耦合器或者微型繼電器等。除跳轉(zhuǎn)指令外，實(shí)現(xiàn)了每周期一條指令。 PIC 系列單片機(jī)不僅全部指令均為單字節(jié)指令，而且絕大多數(shù) 指令為單周期指令，以利于提高運(yùn)行速度。在此所說的字節(jié)，特指 PIC單片機(jī)的指令字節(jié)，而不是常說的 8 位字節(jié)。指令總線和數(shù)據(jù)總線是共用的 [13]。 PIC 單片機(jī)不僅采用了哈佛體系結(jié)構(gòu)，而且還采用 了哈佛總線結(jié)構(gòu)。與常用的 51 系列單片機(jī)相比， PIC 單片機(jī)有著自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)與性能。最后附了一張CAN 接口卡硬件原理總圖。各節(jié)點(diǎn)分布在不同的位置，每節(jié)點(diǎn) 4 路傳感器，并以 CAN 總線連接。近年來，幾個(gè)大的醫(yī)療設(shè)施制造者已開始使用 CAN， Siemens 已決定使用 CANopen 作為這些設(shè)施的高層協(xié)議。同時(shí)，還存在一個(gè)重要的工業(yè)控制領(lǐng)域 —— 機(jī)器人控制。同時(shí)， CAN 也被應(yīng)用在海上交通設(shè)施的電子設(shè)備中。 ●交通 在某些火車和長(zhǎng)途汽車中，應(yīng)用 CAN 連接剎車控制單元，或者通過 CAN 連接子系統(tǒng)。 CAN 總線最初是應(yīng)用在汽車工業(yè)中的，但 CAN 總線系統(tǒng) 如今已 被廣泛應(yīng)用在其它多個(gè)領(lǐng)域中，這其中包括交通、移動(dòng)設(shè)施、工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)和一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域。因 此，本文采用了 CAN 總線技術(shù)，重點(diǎn)研究 PCCAN 接口卡的設(shè)計(jì)。 CAN 的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。 CAN 協(xié)議建立在 ISO/OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)之上，不過其模型結(jié)構(gòu)只取了 OSI 底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂層的應(yīng)用層三層。最多可掛接 127 個(gè)站點(diǎn)。而隊(duì)型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型，它遵從 IEC 11582 標(biāo)準(zhǔn)。 ● PROFIBUS 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CAN 總線的介紹 9 PROFIBUS 是納入德國國家標(biāo)準(zhǔn) DIN 19245 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170 的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。 Echelon公司同時(shí)提供了一套開發(fā)工具平臺(tái) LON Builder 與 Node Builder，以方便用戶利用神經(jīng)元芯片、 LonTalk 協(xié)議、 LonWorks 收發(fā)器開發(fā)出適合各自領(lǐng)域的系統(tǒng)和產(chǎn)品。 ● LONWORKS 局部操作網(wǎng)絡(luò) (Local Operating Network)是由美國 Echelon 公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于 1990 年正式公布而形成的。 RS485 通訊器件較小的收發(fā)緩沖區(qū)也不利于由它構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期處于連續(xù)或長(zhǎng)字串的收發(fā)狀態(tài)，這在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)量不平衡的情況下尤其明顯。 但是 RS485 總線畢竟只是一個(gè)簡(jiǎn)單的沒有硬件通訊協(xié)議的物理層，其通訊協(xié)議完全依賴軟件的支持，這就增加了系統(tǒng)通訊軟件的負(fù)擔(dān)。 RS485 總線網(wǎng)絡(luò)需要使用終接電阻進(jìn)行匹配，其阻值相當(dāng)于傳輸東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CAN 總線的介紹 8 電纜的特性阻抗，一般為 120?。為改進(jìn) RS232C 通信距離短、速率低而且不能實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信的缺點(diǎn)， RS485 的數(shù)據(jù)傳輸采用平衡發(fā)送和差分接收方式，具有很強(qiáng)的抑制共模干擾能力，而且接收器具有較高的靈敏度，因此，最大傳輸距離可延長(zhǎng)到 1219 米 (速率低于 l00kb/s 時(shí) )，在 100 米范圍內(nèi)傳輸時(shí)速率高達(dá) l0Mb/s，并允許在一條平衡總線上連接多個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以 是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。即便如此，該標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)傳輸速率也只能達(dá)到 20kb/s，而且最大距離僅 15m，要想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，必須使用 Modem。它采用非平衡傳輸方式 (即單端通訊 )進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送 /接收，其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的，與 TTL,MOS 邏輯電平完全不同。 CAN 與其他幾種現(xiàn)場(chǎng)總線的比較 自 80 年代末以來，有幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)逐漸 在一些應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢(shì)，它們具有各自的特點(diǎn)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而限制了其它設(shè)備的選擇范圍。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí)，無需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。 ●對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性 現(xiàn)場(chǎng)總線是專為現(xiàn)場(chǎng)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、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)供電與通信。 圖 1 FCS 典型體系結(jié)構(gòu) 生產(chǎn)過程 現(xiàn)場(chǎng)總線 監(jiān)控計(jì)算機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 智能儀器 監(jiān)控計(jì)算機(jī) 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CAN 總線的介紹 6 ●互可操作性與互用性 可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備之間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產(chǎn)廠家的 性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換?，F(xiàn)