【正文】 H15VCC16U574L S 165V C CV D D 3V 310KR 12VDDNCANODE2C A T H O D E3GND7V c cU66N 137V D D 3V 310KR 13VDDNC23NCVOVEV c cU76N 137K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8八路開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)繼電器30pFC 1030pFC9D1 D247KR 14V C C 圖 8 電路原理圖 PBC 電路板 經(jīng)過(guò)檢查電路無(wú)誤后，對(duì)電路圖進(jìn)行合理的布局，并對(duì)元件進(jìn)行合理的封裝 之后，進(jìn)行電路板制作。當(dāng) SH/L D 為高 電平時(shí)，并行置數(shù)功能被禁止。 二位置極化繼電器：繼電器線圈通電時(shí)，銜鐵按線圈電流方向被吸向左邊或右邊的位置，線圈斷電后，銜鐵不返回。 舌簧管：同理舌簧管有干簧管 ,濕簧管 ,?；晒苋N類(lèi) 型。 交流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器。 看門(mén)狗復(fù)位電路同時(shí)為單片機(jī)與 SJA1000 提供復(fù)位信號(hào)， 以防止 發(fā)生 系統(tǒng)死循環(huán)。 WEL 位是寫(xiě)使能鎖存器的狀態(tài)位。 特別提出的是，看門(mén)狗定時(shí)器對(duì)單片機(jī)提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，只要其計(jì)時(shí)達(dá)到其編 程的超時(shí)極限，或者當(dāng)電 源電壓降到最低轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，RESET 引腳就會(huì)立即輸出高電平復(fù)位信號(hào)。該電阻大小與總線長(zhǎng)度有關(guān)，本設(shè)計(jì)采用 100Ω 電阻，另 外在總線與地之間并行接入一對(duì)過(guò)壓保護(hù)二極管，和防干擾電容。 CAN 總線智能 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 基于以上簡(jiǎn)要介紹 ，設(shè)計(jì) CAN 總線智能節(jié)點(diǎn)如下 圖 2 CAN 總線節(jié)點(diǎn) SJA1000 的片選信號(hào)由單片機(jī)的 取反后提供，所以 SJA1000 工作時(shí)是該腳為高電平即可，單片機(jī) P0 口與 AD0AD7 相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 SJA1000 在軟件和引腳上都是與它的前一款 PAC82C200 獨(dú)立 CAN 控制器兼容的（ SJA1000 引腳功能如表 1 所列），在此基礎(chǔ)上增加了很多新的功能。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出 ＳＪＡ１０００ 選用 CAN 的通信協(xié)議主要由 CAN 控制器完成。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。5 個(gè)中斷源 1．主要特性： 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 基于以上的考慮，我們的硬件設(shè)計(jì)主要是對(duì)各種產(chǎn)品、模塊的選擇。另外AT89C51 具有在片程序和 ROM 兩級(jí)保密系統(tǒng)，可防止程序被非法剽竊。 (2) 電氣元件的選型、元件之間的通訊連接 。例如 MAZRK 公司的數(shù)控機(jī)床的售后維護(hù)已有 30%可以通過(guò)因特網(wǎng)實(shí)施，但所有這些僅限于故障診斷或維護(hù)等實(shí)時(shí)性要求很低的工作。而且 DCS 也正在朝開(kāi)放性、分散性和可互操作方向發(fā)展。另外，在兩根 CAN 總線接入端與地之間分別反接了 1個(gè)保護(hù)二極管，當(dāng) CAN 總線有較高的負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)二極管的短路可起到一定的過(guò)壓保護(hù)作用。 為了增強(qiáng) CAN 總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力， SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不是直接與82C250 的 TXD 和 RXD相連，而是通過(guò)高速光耦 6N137 后與 82C250 相連，這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各 CAN 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。實(shí)現(xiàn)如此多而又不可忽略的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，一般需要用到現(xiàn)場(chǎng)總線， 與其它現(xiàn)場(chǎng)總線比較而言 ,CAN 總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性?xún)r(jià)比高、 傳輸距離遠(yuǎn) 、傳輸速率快、有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力， 等諸多特點(diǎn)的一種已 形成國(guó)際 應(yīng)用最廣泛的 標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線。由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨(dú)特靈活的設(shè)計(jì)和低廉的價(jià)格，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。 隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支，并取得了巨大進(jìn)步。 本文所述的研究工作對(duì) CAN 總線 八路開(kāi)關(guān)量輸入模塊 的工作過(guò)程作了詳細(xì)闡述，分析了 CAN 總線八路開(kāi)關(guān)量輸入模塊工作 原理，完成了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 基于 CAN 總線八路開(kāi)關(guān)量輸入模塊設(shè)計(jì) 系 別： _________________________ 班 級(jí)： _________________________ 姓 名： ______________________ 指 導(dǎo) 教 師： ______________________ 2021 年 6 月 8 日 06 測(cè)控技術(shù)與儀器（ 1）班 機(jī)電工程系 I 基于 CAN 總線 八路開(kāi)關(guān)量輸入模塊 設(shè)計(jì) 摘 要 開(kāi)關(guān)量屬于數(shù)字信號(hào)的一種，現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)和生活商業(yè)場(chǎng)所需要處理大量的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如樓宇智能安全監(jiān)控，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的軸溫，軸振動(dòng)監(jiān)測(cè)，江河汛期水位的報(bào)警信號(hào)，電動(dòng)機(jī)的開(kāi)停等等。 89C51 也可通過(guò)中斷方式訪問(wèn) SJA1000。控制器局部網(wǎng)將在我國(guó)迅速普及推廣。 CAN （ Controller Area Network）總線，又稱(chēng)控制器 局域網(wǎng)，是 Bosch 公司在現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)中領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局域網(wǎng)?，F(xiàn)代樓宇中的各種安全監(jiān)控報(bào)警等。 89C51 也可通過(guò)中斷方式訪問(wèn) SJA1000。 CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了 2 個(gè) 30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能 力。 FCS代表潮流與發(fā) 展方向，而 DCS 則代表傳統(tǒng)與成熟，特別是在現(xiàn)階段， FCS尚沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， DCS則以其成熟的發(fā)展、完備的功能及廣泛的應(yīng)用而占據(jù)著一個(gè)尚不可完全替代的地位。實(shí)際上我們現(xiàn)在就可以看到通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的事例。 本文的主要工作 本文的主要工作包括： (1) CAN 總線 結(jié)構(gòu)的工藝分析和 八路開(kāi)關(guān)量 的設(shè)計(jì)。片上外圍資源豐富，片內(nèi)具有 41d3 的 FlashROM 程序存貯空間，這不僅給程序修改帶來(lái)極大方便，而且避免了外部 ROM 擴(kuò)展，降低了節(jié)點(diǎn)成 本和線路復(fù)雜性，提高了電路可靠性。 (2)CAN 總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) CAN 總線技術(shù)已比較成熟，智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)已經(jīng)規(guī)范化，主要包括主處理器， CAN 總線控制器與 CAN 總線收發(fā)器，主處理器作為 CAN 智能節(jié)點(diǎn)的核心一般選用 51 系列單片機(jī)， CAN 總線控制器種類(lèi)比較單一，用于處理八路開(kāi)關(guān)量信息一般可選用比較簡(jiǎn)單的芯片， CAN 總線收發(fā)器是與之配套的 82C例如精密的測(cè)量設(shè)備（ 功率計(jì) ， 示波器 ，各種分析儀）。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形 式存于存儲(chǔ)器中（類(lèi)似于 ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類(lèi)似于聲卡）。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。另外，該引腳被略微拉高。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 PeliCAN 工作方式支持具有很多新特性的 CAN 協(xié)議。當(dāng) RX0 高于 RX1 時(shí)，讀出為隱性電平，否則為顯性電平 VSS2 21 輸入比較器地 VDD1 22 邏輯電路 5V電源 表 1 SJA1000 引腳 功能 SJA1000 的主要新功能如下： *標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)報(bào)文的接收和發(fā)送； *64 字節(jié)的接收 FIFO； 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 11 *標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式都具有單 /雙接收濾波器（含接收屏蔽和接收碼寄存器）； *可進(jìn)行讀 /寫(xiě)訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器； *可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制； *最近一次的錯(cuò)誤代碼寄存器； *每一個(gè) CAN 總線錯(cuò)誤都可以產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷； *單發(fā)方式（當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或丟失仲裁時(shí)不重發(fā)）； *只聽(tīng)方式（監(jiān)聽(tīng) CAN 總線，無(wú)應(yīng)答，無(wú)錯(cuò)誤標(biāo)志）； *支持熱插拔（無(wú)干擾軟件驅(qū)動(dòng)位速率檢測(cè)）； *硬件禁止 CLKOUT 輸出。電阻可起到一定的限流作用，保護(hù) 82C250 免受過(guò)流的沖擊。值得注意的是，在芯片選通時(shí) ， WP 端變?yōu)榈碗娖剑瑢⒁袛鄬?duì) X25045 的寫(xiě)操作，若正處在內(nèi)部寫(xiě)周期內(nèi)，則對(duì)寫(xiě)操作沒(méi)有影響。該位是1 時(shí)，表示正在進(jìn)行寫(xiě)操作，此時(shí)不能向其寫(xiě)數(shù)據(jù)，反之，則是沒(méi)有寫(xiě)操作進(jìn)行，可以向其寫(xiě)數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)， X25045 自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)給 87C196KD 和 SJA1000 復(fù)位，若想重新啟動(dòng)程序，可用手動(dòng)復(fù)位按扭復(fù)位 。 直流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為直流的電磁繼電器。 ?；衫^電器：由剩簧管或有干簧關(guān)于一個(gè)或多個(gè)剩磁零件組成的自保持干簧繼電器。繼電器的動(dòng)作方向取決于控制線圈中流過(guò)的的電流方向。 8 位移位寄存器（并行輸入，互補(bǔ)串行輸出） 芯片 簡(jiǎn)要說(shuō)明 ： 74LS165 為 8 位移位寄存器 ,其主要電特性的典型值如下： 當(dāng)移位 /置入控制端（ SH/LD）為低電平時(shí)，并行數(shù) 據(jù)（ A － H ）被置入寄存器，而時(shí)鐘（ CLK,CLK INH ）及串行數(shù)據(jù)（ SER ）均無(wú)關(guān)。 4K7 10K VCC C? Cap 接單片機(jī) 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 20 電路圖與電路板的最 終定型 電路圖 綜合以上 分步 設(shè)計(jì)，最終確定基于 CAN 總線八路開(kāi)關(guān)量的電路圖 。當(dāng) CLK 和CLKINK 有一個(gè)為高電平時(shí)，另一個(gè)時(shí)鐘被禁止。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 18 （ 8）其他類(lèi)型的繼電器：如光繼電器 , 聲繼 電器 ,熱繼電器 ,儀表式繼電器 ,霍爾效應(yīng)繼電器 ,差動(dòng)繼電器等。 電子時(shí)間繼電器：由分立元件組成的電子延時(shí)線路所構(gòu)成的時(shí)間繼電器，或由固體延時(shí)線路構(gòu)成的時(shí)間繼電器。 （ 3）溫度繼電器：當(dāng)外界溫度達(dá)到給定值時(shí)而動(dòng)作的繼電器。 開(kāi)關(guān)量輸入子模塊電路 CS 1 VCC 8 SO 2 RST SCK 6 WP 3 SI 5 Vss 4 U3 X20450 10K R7 VCC S1 SWPB VCC 510 R8 3 4 5 6 7 8 RST 9 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 VCC 40 U1 AT89C51 1 2 U?A SN74F04D RX1 2O VDD2 18 VDD1 22 TX0 13 MODE 11 RX0 19 VDD3 12 VSS2 21 VSS3 15 VSS1 8 AD0 23 AD1 24 AD2 25 AD3 26 AD4 27 AD5 28 AD6 1 AD7 2 XIAL2 10 RST 17 CLKOUT 7 XIAL1 9 ALE/AS 3 IX1 14 WR 6 CS 4 RD/E 5 INT 16 U2 SJA1000 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 16 圖 5 八路開(kāi)關(guān)量電路 八路開(kāi)關(guān)量通過(guò)驅(qū)動(dòng)繼電器，輸入到單片機(jī) P2 口，當(dāng)開(kāi)關(guān)量信號(hào)有現(xiàn)場(chǎng)傳感器產(chǎn)生，信號(hào)一般較微弱，須經(jīng)放大電路，信號(hào)較大時(shí)可直接驅(qū)動(dòng)繼電器實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。 由 WREN 指令可以對(duì)狀態(tài)寄存器中的 BL0， BL1， WD0， WD1 進(jìn)行設(shè)置。另外，對(duì)芯片的所有操作都需要通過(guò)對(duì)該寄存器的寫(xiě)命令來(lái)完成。 產(chǎn)品種類(lèi) : 高速光耦合器 6N137 規(guī)格 額定速度 10 Mbps 最大功率耗散 85 mW 輸入類(lèi)型 AC/DC 最大正向二極管電壓 V 最大工作溫度 + 85 C 絕緣電壓 3750 Vrms 最大反向二極管電壓 5 V 最小工作溫度 40 C