開題報(bào)告-基于avr單片機(jī)的can總線通訊單元設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-03-12 12:01 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 船舶運(yùn)輸、雷達(dá)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和航天測(cè)控等方面均得到了廣泛的應(yīng)用。 奔馳Ｓ型轎車采用的就是 CAN 總線系統(tǒng)，美國(guó)商用車輛制造商們也將注意力轉(zhuǎn)向 CAN 總線，很多 企業(yè)已將 CAN 作為內(nèi)部總線應(yīng)用在生產(chǎn)線和機(jī)床上 ， 不僅如此， 我國(guó)的煤礦、 衛(wèi)星中也應(yīng)用了 CAN 總線 技術(shù)[67]。 另 外， 根據(jù)國(guó)內(nèi)外 一些 資料報(bào)道， CAN 技術(shù)已應(yīng)用于家用電器和智能樓宇以及小區(qū)建設(shè)中。如安防系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、家電控制等。它投資 相對(duì)較 少，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)訪問(wèn)，通信速度完全滿足要求，且在這類應(yīng)用中數(shù)據(jù)交換量都很少。 通過(guò) CAN 與 TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，可以使一個(gè)居室或一棟大樓的現(xiàn)場(chǎng) CAN 信息轉(zhuǎn)變?yōu)?Inter 的形式外傳， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）開題報(bào)告 3 或反過(guò)來(lái)通過(guò)這類網(wǎng)關(guān)把外部網(wǎng)傳來(lái)的信息轉(zhuǎn)換為 CAN 的形式，此即實(shí)現(xiàn)了所謂的遠(yuǎn)程控制。 國(guó)內(nèi)在 CAN 總線方面的研究與應(yīng)用相比還存在 比較 明顯的差距，以 CAN 總線在汽車應(yīng)用情況 為例 [8]， 差距體現(xiàn)在兩個(gè) 方面。 其中一方面 是，國(guó)內(nèi)在自主研究和開發(fā)汽車電子 CAN 網(wǎng)絡(luò)方 面尚處于試驗(yàn)和起步階段，國(guó)內(nèi)很多汽車還沒(méi)有采用汽車總線設(shè)計(jì)；另一方面 ，國(guó)內(nèi)汽車合資企業(yè)不少已采用 CAN 總線技術(shù)，但核心技術(shù)掌握在外商手中。在國(guó)外， CAN 總線出于 其技術(shù)背景和來(lái)源于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)這樣非常成熟的技術(shù)，現(xiàn)在已成為汽車總線的主流技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。世界上很多著名的汽車制造廠商，如Volkswagen(大眾 )、 BenZ（寶馬）、 Porsche(保時(shí)捷 )、 RollsRoyce(勞斯萊斯 )、等都已經(jīng)采用 CAN 總線來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 通信。 CAN 總線在汽車電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，已成為歐洲汽車制造 業(yè)的主體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，代表著汽車電子控制網(wǎng)路的主流發(fā)展趨勢(shì)。 以前， 在 國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)的轎車如上汽的桑塔納、一汽的捷達(dá)和奧迪、神龍的富康以及天汽的夏利等 多屬于中低檔轎車，這些轎車都沒(méi)有進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，可以說(shuō)以前國(guó)內(nèi)汽車在 CAN 總線技術(shù)的應(yīng)用上是一個(gè)空白。知道最近幾年，國(guó)內(nèi)各汽車公司從國(guó)外引進(jìn)了一些電控技術(shù)含量較高的新車型。完全引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)的奧迪 A6 車型已于 2021年起采用總線代替原有線束，帕薩特 B BORA 和 SIENA 等車型也都不同程度地使用了總線 技術(shù)，這些技術(shù)主要是以 CAN 總線技術(shù)為主，絕大部分應(yīng)用在動(dòng)力總線系統(tǒng)中，其核心技術(shù)仍掌握在國(guó)外的廠商手中，而在絕大部分國(guó)產(chǎn)中低檔汽車上，由于技術(shù)上的因素和成本上的限制，仍采用傳統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)。 我國(guó)總線技術(shù)處于試驗(yàn)和起步階段， CAN總線技術(shù)已經(jīng)開始引起國(guó)內(nèi)一些汽車研發(fā)部門的關(guān)注，比如上海同濟(jì)同捷科技股份有限公司，已經(jīng)開始了對(duì)汽車車身電子信息控制系統(tǒng)研制并取得一定的成果。他們應(yīng)用 CAN總線系統(tǒng)來(lái)控制管理整車車身電器，在現(xiàn)階段已經(jīng)初步形成了車身電器信息通信交互式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 與 CAN 總線相關(guān)的產(chǎn)品也日益豐富起來(lái)， 如 PCI 總線和 CAN 總線接口卡、 USB 總線和 CAN 總線接口、 RS232 總線和 CAN 總線接口、 RS485 總線和 CAN 總線接口、以太網(wǎng)和 CAN 總線接口、 PC104 總線和 CAN 總線接口、 CAN 總線中繼器、基于 CAN 總線的數(shù)字量 /模擬量輸入輸出模塊、 基于 CAN 總線的計(jì)數(shù)測(cè)頻模塊和 CAN 總線分析儀等。 CAN 總線于 1991 年 9 月形成技術(shù)規(guī)范 版本，包括 和 兩部分。 給出了標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式 (11 位標(biāo)識(shí)符 )， 給出了標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式和擴(kuò)展報(bào)文格式 (29 位標(biāo)識(shí)符 )兩種報(bào)文格式， 完全兼容 。 只 要 支持 ，則都可以兼容通訊 。 CAN 協(xié)議還在不斷的完善之中， 由于 CAN 是事件觸發(fā)協(xié)議，當(dāng)許多消息同時(shí)要求發(fā)送時(shí)， 結(jié) 果 競(jìng)爭(zhēng) 使低優(yōu)先級(jí)消息發(fā)送的時(shí)間推后很多，甚至不能滿足其時(shí)限的要求，為了提高總線利用率，增強(qiáng) CAN 總線實(shí)時(shí)性的問(wèn)題， 2021 年一開始， ISO 的任務(wù)是迫使有關(guān) 的幾個(gè)公司定義一項(xiàng)協(xié)議用于 CAN 報(bào)文的時(shí)間 觸發(fā)傳輸。 TTCAN 發(fā)展起來(lái) [9]，它通過(guò)獨(dú)占窗口的方式解決消息傳送的確定性問(wèn)題，提高總線利用率，滿足一定的應(yīng)用發(fā)展要求 [10]。 這個(gè) CAN 的擴(kuò)展現(xiàn)在正在硅片上進(jìn)行，它不僅允許用 CAN 作時(shí)間等間距傳 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）開題報(bào)告 4 送報(bào)文和封閉控制循環(huán)，也允許在 xbywire 中使用 CAN。 因?yàn)?CAN 的協(xié)議沒(méi)有變，但可以利用同樣的物理總線發(fā)送時(shí)間觸發(fā)的報(bào)文和事件觸發(fā)的報(bào)文。 目前流行的 CAN 總線器件有 2 大類 ， 一類是獨(dú)立的 CAN 控制器 ， 如 SJA1000、MCP2515 等 ， 另一類是帶有片上 CAN 的微控制器 ， 如 與 51 單片機(jī)集成的 P8xC59與AVR 單片機(jī)集成的 AT90CAN32/64/128 以及與 ARM 集成在一起的 LPC2294 等。 現(xiàn)階段這兩種方式都有不少應(yīng)用，例如文 獻(xiàn) [11]就是獨(dú)立 CAN 控制器的應(yīng)用，文獻(xiàn) [12]就是集成CAN 控制器的應(yīng)用 。雖然集成 CAN 總線控制器的設(shè)計(jì)硬件部分比較簡(jiǎn)單，但其設(shè)計(jì)靈活性比較差， 為了方便在今后能適應(yīng)不同的工作需求， 在國(guó)內(nèi)外大多設(shè)計(jì)中基本采用靈活方便的獨(dú)立 CAN 控制器 。基于 AVR 單片機(jī)的 CAN 總線通訊單元作為一個(gè)通訊 及信息處理 模塊，可能隨著今后的工作需求，需要進(jìn)行一些 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，或要求實(shí)時(shí)性較高時(shí)， AVR 微處理器不能滿足要求，此時(shí)我們可以用 DSP 來(lái)代替 AVR 部分，而通訊單元的其他電路我們還可以繼續(xù)使用；有時(shí)為了工作的需求，我們可能需要處 理器部分控制多路 CAN 總線，可以把 AVR 用 FPGA 來(lái)代替?？傊?，采用獨(dú)立的 CAN 總線控制器更加靈活方便是現(xiàn)在應(yīng)用的主要趨勢(shì)。 3 主要的研究?jī)?nèi)容 主要內(nèi)容 CAN總線 協(xié)議 規(guī)范 學(xué)習(xí) CAN總線 物理層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，掌握 CAN總線報(bào)文幀結(jié)構(gòu)、總線仲裁、報(bào)文濾波、幀編解碼、通信錯(cuò)誤處理 等關(guān)鍵技術(shù)， 為 CAN總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 打下基礎(chǔ)。 CAN總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 1） 基于 AVR單片機(jī)處理器，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) CAN總線通訊單元設(shè)計(jì)，完成 微 處理器電路 、 CAN接口電路、供電和隔離電路等硬件設(shè)計(jì)。 2）基于 AVR單片機(jī) 實(shí)現(xiàn)
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