【文章內(nèi)容簡介】 過 CAN總線傳輸?shù)街骺刂破?。主控制器接收智能?jié)點的溫度值并顯示，并可通過 CAN 總線向智能節(jié)點發(fā)送溫度。 溫度檢測的總體方案設(shè)計 根據(jù)應(yīng)用場合的需要，本溫度測控系統(tǒng)主要完成的功能有：對熱電偶溫度傳感器Pt100 的信號進(jìn)行檢測；利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 對溫度的檢測；現(xiàn)場 LED 顯示數(shù)字溫度信號以及鍵盤控制功能；主站通過 CAN 總線與下位機(jī)通信 ,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。系統(tǒng)主要由： 監(jiān)控模塊、測溫模塊、現(xiàn)場顯示模塊和 CAN 總線通信等部分組成。設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 21： 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 上位機(jī) 電平轉(zhuǎn)換 收發(fā)節(jié)點 溫度節(jié)點 速度節(jié)點 CAN 總線 安徽工程大計（論文） 5 第 3 章 CAN 總線溫度檢測系統(tǒng)的硬件及設(shè)計 CAN 總線的介紹 CAN總線是德國一家公司在 20世紀(jì) 80年代初為解決汽車中大量的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。 CAN 能靈活有效地支持具有較高安全等級的分布式控制．其數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá) 1Mbps，在汽車、煤礦 安全檢測、自動化儀表、智能樓宇、機(jī)械制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文介紹了一種基于 CAN 總線的智能溫、濕度檢測系統(tǒng)，可應(yīng)用于不同的工業(yè)自動化領(lǐng)域。 CAN 即控制器局域網(wǎng)絡(luò) ,屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比 ,CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設(shè)計 ,CAN 總線越來越受到人們的重視。由于 CAN 總線本身的特點 ,CAN 已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn) ,并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一 [3]。 CAN(Controller Area Network—— 控制器局域網(wǎng) )是一種有效的支 持分布式控制和實施控制的總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，其可靠性遠(yuǎn)高于已經(jīng)陳 1 日的現(xiàn)場通信技術(shù)，具有強有力的檢錯功能以及優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，可以很容易的實現(xiàn)多個單片機(jī)的掛載，并且價格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，維護(hù)方便，已經(jīng)成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。另外 ,與其它現(xiàn)場總線比較而言 ,CAN 總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。這些也是目前 CAN 總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域 ,具有強勁的市場競爭力的重要原因。 CAN 通信的特點 ： (1) CAN 是到目前為止唯一具有國際標(biāo)準(zhǔn)且成本較低的現(xiàn)場總線 ； (2) CAN 廢除了傳統(tǒng)總線的站地址編碼，對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，為多主方式工作，不分主從，通信方式靈活，通過報文標(biāo)識符通信，可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，無需站地址等節(jié)點信息。 (3) CAN 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況 (以太網(wǎng)則有可能出現(xiàn)這種情況 )。 (4) CAN 只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點即 全局廣播等方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。 (5) CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km(速率 5kbps 以下 )；通信速率最高可lambs(此時通信距離最長為 40m)； (6) CAN 上的節(jié)點數(shù)最多可達(dá) 110 個 (主要取決于總線驅(qū)動電路 )。 (7) CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，單幀最大長度僅 150 位，傳輸時間短，從而保證了通信的實時性，受干擾概率低。 (8) CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗及其他檢錯措施，降低了數(shù)據(jù)出錯率，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。 (9) CAN 節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線 上其他節(jié)點的操作不受影響。 (10) CAN 的通信介質(zhì)可使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，價格低廉，可靠性強。 基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng) 6 AT89S51 單片機(jī)介紹 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算 機(jī)的 AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 89S51 采用 新工藝，成本降低 ,而且將功能提升 ,增加了競爭力。 AT89S51 單片機(jī)引腳圖如 31[3]。 AT89S51 提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM,32 個 I/O口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89S51 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工 作，但允許RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及診斷系統(tǒng)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 圖 31 AT89S51 單片機(jī)引腳圖 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 1．主要特性： （ 1） 8031 CPU 與 MCS51 兼容 （ 2） 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) 安徽工程大計（論文） 7 （ 3） 全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz （ 4） 三級程序存儲器保密鎖定 （ 5） 128*8 位內(nèi)部 RAM （ 6） 32 條可編程 I/O 線 （ 7） 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 （ 8） 6 個中斷源 （ 9） 可編程串行通道 （ 10） 低功耗的閑置和掉電模式 （ 11） 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2．管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩 沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編 程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀基于 CAN 總線的溫度檢測系統(tǒng) 8 引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心， 1 然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置 1 端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q 端為 0Q^為 1 加到場效應(yīng)管柵極的信號為 1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作，所以這類 I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口。 89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口。接下來讓我們再看另一個問題，從圖中可以看出這四個端口還有一個差別，除了 P1口外 P0P2P3 口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位 輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳 被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89SXX 系列單片機(jī)實現(xiàn)了 ISP 下載功能，故而取代了 89CXX 系列的下載方式，也是因為這樣， ATMEL 公司已經(jīng)停止生產(chǎn) 89CXX 系列的單片機(jī)，現(xiàn)在市面上的 AT89CXX多是停產(chǎn)前的庫存產(chǎn)品。 傳感器的選用 DS18B20 傳感器 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù) 實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式 [11]?？梢苑謩e在 ms 和 750 ms 內(nèi)完成 9位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫 ,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 DS18B20 產(chǎn)品的特點 （ 1） 只要求一個