【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 需 開(kāi)關(guān)量 處理和 CAN總線 工藝和工作原理，以便明確 該模塊 各過(guò)程的具體 接線 要求，為 開(kāi)關(guān)量輸入模塊 設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì) 通過(guò) CAN 總線 實(shí)現(xiàn)了 八路開(kāi)關(guān)量的采集傳輸 ， 克服了傳統(tǒng) 總線的缺點(diǎn) 。具有如下特點(diǎn)： 廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼， 該系統(tǒng)包括 開(kāi)關(guān)量采集 、 CAN 智能節(jié)點(diǎn) 和 軟件程序 設(shè)計(jì)三部分 總線智能節(jié)點(diǎn) 原理 節(jié)點(diǎn)的硬件電路主要有 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8位單片機(jī) AT89C51 和 CAN 控制器SJA1000 兩部分組成：其中 AT89C51 單片機(jī)作為節(jié)點(diǎn)的智能處理器， PHILIPS 公司的 SJA1000作為節(jié)點(diǎn)的通信控制器，下面對(duì)主要器件的功能特點(diǎn)作一介紹。 單片機(jī) AT89C51 屬標(biāo)準(zhǔn)型，芯片價(jià)格低廉，引腳與 80C51 完全兼容。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。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。 SJA1000 是 PHILIP 公司推出的功能很強(qiáng)的 CAN 控制器，片內(nèi)含信息緩沖、位流處 理、位定時(shí)邏輯、接收濾波、錯(cuò)誤管理邏輯等 電路，并配置有豐富的功能寄存器?？赏瓿蓴?shù)據(jù)成幀、總線填充、 錯(cuò)誤檢測(cè)、總線仲裁及錯(cuò)誤界定處理等 CANi唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 5 規(guī)范。具有 BasicCAN 和 PeliCAN 兩種工作模式 82C250 與 CAN 總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。 82C250 的CANH 和 CANL 引腳各自通過(guò)一個(gè)電阻與 CAN 總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù) 82C250 免受過(guò)流的沖擊。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖 開(kāi)關(guān)量輸入子模塊利用繼電器輸入，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c單片機(jī)匹配的電壓信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸出模塊的功能是通過(guò)模塊來(lái)輸入 開(kāi)關(guān)量以實(shí)現(xiàn)控制或顯示，例如用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示某種狀態(tài)，通過(guò) PWM 控制電機(jī)，繼電器的通斷具體操作是將現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò) CAN 智能節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)?CAN 總線上。 3 硬件設(shè)計(jì) 構(gòu)造 基于 CAN 總線八路開(kāi)關(guān)量輸入模塊分為兩部分 : (1) 八路開(kāi)關(guān)量的輸入子模塊 從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送來(lái)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)過(guò)光電藕使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與 CAN 智能節(jié)點(diǎn)隔離，并起到防干擾，匹配電平的功能，然后通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)，輸入到單片機(jī) P2 口，這項(xiàng)工作相對(duì)容易，主要注意電路接口電平匹配，以及一些保護(hù)隔離電路的選型。 (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 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。 開(kāi)關(guān)量信號(hào) 微處理器 CAN總線控制器 SJA1000 CAN 總線收發(fā)器 82C250 CAN 通信接口 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 6 總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 單片機(jī) 的定義 與特點(diǎn) 單片機(jī)也被稱(chēng)為 微控制器 （ Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫(xiě) MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專(zhuān)用 處理器 發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處 理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 智能儀器 儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的 傳感器 ，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、 功率 、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或 數(shù)字電路 更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（ 功率計(jì) ， 示波器 ，各種分析儀）。 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)。例如工廠流水線的智能化管 芯片 理，電梯智能化控制、各種報(bào)警 系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他 音響 視頻器材、再到 電子秤 量設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在。 機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型 程控交換機(jī) 、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信， 無(wú)唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 7 線電 對(duì)講機(jī)等。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 某些專(zhuān)用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理。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）。 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。 單片機(jī)在汽車(chē)電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN 總線的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器， GPS導(dǎo)航系統(tǒng)， abs 防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 本設(shè)計(jì)采用的 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn) 介 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。 AT89C2051是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 的單片機(jī)。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。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。 1．主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 8 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí) 開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 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。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。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位 地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，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(shí)， 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(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。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。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 9 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。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。 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 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將 跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 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。 CAN 控制器主要由實(shí)現(xiàn) CAN 總線協(xié)議的部分和實(shí)現(xiàn)與微處理器接口部分的電路組成。對(duì)于不同型號(hào)的 CAN 總線通信控制器，實(shí)現(xiàn) CAN 協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結(jié)構(gòu)和方式存在一些差異。這里主 要以 SJA1000 為代表對(duì) CAN 控制器的功能作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。 SJA1000 是一種獨(dú)立 CAN 控制器。它是 PHILIPS 公司的 PCA82C200 CAN 控制器的替代產(chǎn)品。 SJA1000 具有 Basic CAN 和 Peli CAN 兩種工作方式。 PeliCAN 工作方式支持具有很多新特性的 CAN 協(xié)議。 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。為了實(shí)現(xiàn)軟唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 件兼容， SJA1000 采用了兩種工作方式： Basic CAN 方式（ PCA82C200 兼容方式）和 Peli CAN 方式（擴(kuò)展特性方式）。工作方式通過(guò)時(shí)鐘分頻寄存器中的 CAN 方式位來(lái)選擇。上電復(fù)位默認(rèn)工作方式是 Basic CAN 方式。 符 號(hào) 引 腳 功 能 AD0AD7 2,1,2823 地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線 ALE 3 ALE信號(hào)（ INTEL 方式）或 AS 信號(hào)（ MOTOROLA 方式） CS 4 片選輸入，低電允