【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 總線節(jié)點(diǎn)由主控微處理器加上 CAN 控制、 CAN 報(bào)文收發(fā)模塊組成，用到該模塊的組合有很多種，從微處理器的角度大概分為兩種方案： 方案一：常規(guī)優(yōu)勢(shì) CAN 公共汽車等獨(dú)立控制的微型計(jì)算機(jī)的老毛病，電路的設(shè)計(jì) SPI巴士不僅通過更復(fù)雜的相對(duì)獨(dú)立的 CAN 控制器 SJA1000 CAN 模塊集成芯片不是 MCP2515的雙向通信。主 MCU 作為最普遍使用的老單芯片 51 單片機(jī)。一般使用的藝術(shù)情節(jié) AT89S 5國(guó)內(nèi)宏觀水晶技術(shù)企業(yè) STC 系列所生成的 51 內(nèi)核微控制器。 方案二：使用內(nèi)置 CAN 收發(fā)模塊的 單片機(jī)，例如意法半導(dǎo)體的 STM3美國(guó)微芯公司生產(chǎn)的 C8051F 系列、 NXP 的 LPC 系列等，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是芯片集成度高，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是代碼不可移植，但是由于內(nèi)置了 CAN 模塊，也有提供專門的 CAN 通信源代碼。 兩種方案主要區(qū)別于主控單片機(jī)是否有集成 CAN 通信模塊，而無論集成內(nèi)置模塊與否，在通信端都需要連接 CAN 收發(fā)器芯片， CAN 收發(fā)器芯片主要有 TJA1050、 82C250、MCP2551 等。 兩種方案在功能上、成本上相差不大，各有千秋，本次設(shè)計(jì)采用以 STM32F103VBT6桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 31 頁 單片機(jī)為核心部件，以單片 機(jī)內(nèi)置 CAN 總線模塊作為 CAN 通信控制單元， TJA1050 作為CAN 收發(fā)器的組合作為 CAN 節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)方案。 直流電源電路方案選擇 方案一：采用 LM7812 作為 +12V 直流穩(wěn)壓管， LM7805 作為 +5V 直流穩(wěn)壓管設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)供電， LM78 系列穩(wěn)壓器價(jià)格低廉，適用于多種場(chǎng)合的穩(wěn)壓電源電路，且輸出穩(wěn)定性較好、使用起來非常方便、具有輸出過流、過熱的自動(dòng)保護(hù)功能，但是穩(wěn)壓器要求壓降較大，輸入輸出壓差至少要有 3V，輸出電流峰值才 。 方案二：采用 TI 公司生產(chǎn)的 LM2596S 系列的開關(guān)穩(wěn) 壓器作為直流穩(wěn)壓元件，LM2596S 系列開關(guān)型穩(wěn)壓器的輸出線性很好并且負(fù)載可以調(diào)節(jié)，電流輸出最高可以達(dá)到 3A，功耗小 ,效率高，價(jià)格也不貴，更具 TTL 斷電功能。 方案三：采用分立元件三極管加運(yùn)放來設(shè)計(jì)開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是穩(wěn)壓效果不穩(wěn)定，由于負(fù)載電阻變化時(shí)影響 LC 濾波電路的綠波效果，因而采用分立元件設(shè)計(jì)的開關(guān)型穩(wěn)壓電路不適用于負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。 終上所述，在本課題設(shè)計(jì)時(shí)選擇方案 一 作為本次設(shè)計(jì)的電源電路設(shè)計(jì)方案。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，就是模擬控制車窗的部分，方案從電 路層面主要有分立元器件跟集成芯片兩種： 方案一：分立元器件，即使用繼電器模塊控制，由于電機(jī)部分要求按照汽車上的標(biāo)準(zhǔn) 12V 供電，于是單片機(jī)輸出通過控制繼電器的通斷來控制電機(jī)。由于要正反轉(zhuǎn)，需要兩個(gè)繼電器的交叉轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)控制，比較麻煩。 方案二：用集成芯片，使用常用的電機(jī)控制芯片 L298N 對(duì)其進(jìn)行控制， L298N 具有功率放大的功能，可通過公共地輸出來測(cè)量輸出電壓，通過判斷電壓是否在正常值來判斷電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。 方案一雖然成本低、電路簡(jiǎn)單，但是課擴(kuò)展功能少，缺乏控制的實(shí)施性，而且在過流檢測(cè)部分實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩，方 案二為成熟模塊，資料多，便于操作，故采納方案二，使用 L298N 對(duì)車窗的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制 。 鍵盤操作電路選擇 方案一：采用獨(dú)立按鍵作為操作控制按鈕，獨(dú)立按鍵編程簡(jiǎn)單，但是使用多按鍵時(shí)程序較繁瑣，每個(gè)按鍵需要占用一個(gè) I/O 口，浪費(fèi)單片機(jī)資源。 方案二：采用 4x4 矩陣鍵盤作為系統(tǒng)操作按鈕，矩陣鍵盤雖然電路較復(fù)雜，但是編程不是很復(fù)雜， 16 個(gè)按鍵也才占用 8 個(gè) I/O 口。 終上所述，本課題在設(shè)計(jì)時(shí)采用方案 一 中的矩陣鍵盤作為系統(tǒng)操作按鈕 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 31 頁 系統(tǒng)總體實(shí)施方案 系統(tǒng)總體模塊框圖 ， 如 圖 21 所示 ： 圖 21 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)的基本原理是主節(jié)點(diǎn)芯片控制的傳輸和發(fā)送接收到從節(jié)點(diǎn)了。主節(jié)點(diǎn)的 CAN 協(xié)議及節(jié)點(diǎn)中的雙向傳遞，上述主節(jié)點(diǎn)的多個(gè)開關(guān)的開關(guān)控制的。主節(jié)點(diǎn)的本地窗口升降機(jī)殿下更全面部左側(cè)駕駛，節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)的主窗口左側(cè)前方為手段，視窗元件同步的所有節(jié)點(diǎn)控制。 一些并且窗口的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，顯示主節(jié)點(diǎn)上重新 CAN 公共汽車通過錯(cuò)誤監(jiān)控、故障信息為視窗驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，通過芯片的數(shù)據(jù)傳輸信息的節(jié)點(diǎn)從 CAN 傳到了微型計(jì)算機(jī)的控制。 驅(qū)動(dòng)器電路監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的電流檢測(cè)電阻兩端的電壓檢測(cè)，壓力下降及上述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流和串聯(lián)電阻 電流傳感器檢測(cè)到小的電阻值。達(dá)到臨界值的讀出電阻上的電壓設(shè)置之前，馬達(dá)總成傳感器達(dá)到臨界值下降運(yùn)行。馬達(dá)檢測(cè)窗口的位置，停止旋轉(zhuǎn)。窗口到達(dá)最終位置測(cè)量的情況，說明障礙窗口，窗口自動(dòng)回到初始位置。窗口的位置窗口是預(yù)定義的限制達(dá)到的位置決定了壓電傳感器、電壓而產(chǎn)生的壓力的裝備這個(gè)窗口實(shí)時(shí)控制。 3 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 元器件介紹 STM32F103 單片機(jī) STM 32 系列是高性能、低消耗的要求專門為基于電力林的應(yīng)用程序特別 ARM 核心材桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 31 頁 質(zhì) M3 設(shè)計(jì)。按內(nèi)核架構(gòu)分為不同產(chǎn)品：其中 STM32F1 系列有： STM32F103“增強(qiáng)型”系列、 STM32F101“基本型”系列、 STM32F10 STM32F107“互聯(lián)型”系列。 72MHz 產(chǎn)品的類似產(chǎn)品的最高性能的 103 系列的時(shí)鐘速度， 36Mhz 左右?；緯r(shí)鐘頻率產(chǎn)品的價(jià)格 32使用的最好的選擇是生成物的性能大大提高 16位產(chǎn)品。兩個(gè)系列的 32K內(nèi)置 128K 閃光， SRAM 周邊接口組合的最大容量的除外。一下子， 36mA 的 STM 32 電力消費(fèi)產(chǎn)品 32 位的低消費(fèi)電力市場(chǎng)運(yùn)行 72MHz 樂隊(duì)的時(shí)鐘頻率的 /兆赫茲的等價(jià)。 CAN 收發(fā)芯 片 TJA1050 TJA1050 是一個(gè)可容錯(cuò)的高速 CAN 器件，可作為 CAN 協(xié)議控制器和物理總線接口。TJA1050 可為 CAN 協(xié)議控制器提供差分收發(fā)能力，它完全符合 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)，包括能滿足 24V 電壓要求。 典型情況下， CAN 系統(tǒng)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)器件，把 CAN 控制器生成的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成為適合總線傳輸?shù)男盘?hào)。它也為 CAN 控制器和 CAN 總線上的高壓尖峰信號(hào)之間加入了緩沖器，這些高壓尖峰信號(hào)可能是由外部器件產(chǎn)生的。 TJA1050 的引腳與一般的 CAN 收發(fā)器相同，為 8 個(gè)引腳，常用 DIP8 的封 裝，用TJA1050 于獨(dú)立 CAN 控制器所組合控制 CAN 模塊的工作。 圖 35 TJA1050 封裝 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 是 ST 的高電壓，古典類電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片制造。該芯片是 15 針包使用。主要特點(diǎn)是：高電壓、最大輸出到 46V 電壓，電流瞬時(shí)峰值電流到 3a，也 2A 的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電流、額定 25W。在兩個(gè)控制端使用的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制，特區(qū)馬達(dá)和行走者馬達(dá)繼電器誘導(dǎo)性、線圈等部驅(qū)動(dòng)可用于兩個(gè) H 橋，電壓及古典類草橋驅(qū)動(dòng)裝置，包括影響或邏輯電源輸入，低電壓內(nèi)部邏輯電路部分中，外部輸入信號(hào)的檢測(cè)重新 控制電路的電阻變化量。兩個(gè)特區(qū)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片上行走者 2 4 相步進(jìn)電機(jī)、器馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 31 頁 圖 36 L298N 芯片實(shí)物圖及其封裝 L298N 芯片的主要指標(biāo)： ? 主要芯片： L298N、光電耦合器 ? 尺寸： 80mmX45mm ? 工作電壓：控制信號(hào)直流 5V；電機(jī)電壓直流 3V~46V（建議使用 36 伏以下） ? 最大工作電流： ? 額定功率： 25W L298N 的主要特點(diǎn)： ? 可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn) ? 具有過電壓和過電流保護(hù) ? 采用光電隔離 ? 抗干擾能力強(qiáng) ? 可單獨(dú)控制一臺(tái)步進(jìn)電機(jī) ? 可單獨(dú)控制兩臺(tái)直流電機(jī) 電 路設(shè)計(jì) STM32 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) STM32 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘振蕩電路，單片機(jī)復(fù)位電路，啟動(dòng)方式選擇電路， JTAG 仿真 /下載接口電路，電源供電濾波電路， VBAT 為 RTC 和后備寄存器供電電路 ，下面將分別對(duì)每個(gè)模塊電路進(jìn)行詳細(xì)的描述。 時(shí)鐘振蕩電路設(shè)計(jì) 在 STM32 中一共有 5 個(gè)時(shí)鐘源，在本課題設(shè)計(jì)時(shí)使用到低速外部時(shí)鐘和高速外部時(shí)鐘兩個(gè)外部時(shí)鐘源，電路如圖 所示，低速外部時(shí)鐘引腳接了一個(gè) 的石英晶振和 C C2 兩個(gè)電容， C1 和 C2 的接入使其構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，這樣就組成了 一個(gè)自激振蕩器，電容的容值具有微調(diào)的功能，一般采用 5pF15pF,本課題設(shè)計(jì)時(shí)選取 10pF,高速外部時(shí)鐘選擇常用的 8MHz 的石英晶振和電容 C C4， C C4 的作用跟 C C2相同，但是取值大小有些許差異，可用 5pF25pF， ,本課題設(shè)計(jì)時(shí)選取 20pF,跟低速外部時(shí)鐘不同的是高速外部時(shí)鐘在晶振之間添加了一個(gè) 1M 歐姆的電阻，用來加 快 電路起振的速度。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 31 頁 圖 時(shí)鐘振蕩電路 STM32 單片機(jī)電源分為數(shù)字電源和模擬電源兩部分，因?yàn)椴捎玫?STM32 型號(hào)共 有11 組數(shù)字電源，所以在數(shù)字濾波電路設(shè)計(jì)中采用 11 個(gè) 104（ ）的電容濾波，數(shù)字濾波電路如圖 所示，在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)每組數(shù)字電源對(duì)應(yīng)一個(gè)濾波電容，由于剛上電時(shí)，電源電流不穩(wěn)定，通過電容濾波，可以避免高壓脈沖引起 STM32 誤動(dòng)作，在電源端加 圖 數(shù)字濾波電路 上濾波電容，可以得到更平穩(wěn)的電源，減少電源干擾，使芯片的工作狀態(tài)更穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)中需要用到 +12V 直流電源， +5V 直流電源和 + 直流電源供電，所以直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)部分主要包含三個(gè)穩(wěn)壓部分 ， 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路需要 12V 的電源，在L298N 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中 ,+12V 電源由直流穩(wěn)壓源提供。 LM7805 穩(wěn)壓管將 12V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V 電壓輸出，輸入輸出端各加一個(gè) 104 電容作為濾波。 因?yàn)?STM32 單片機(jī)為 供電，所以還需要把 +5V 電壓轉(zhuǎn)換成 ,本課題設(shè)計(jì)時(shí)采用 穩(wěn)壓 IC,首先+5V 的電壓經(jīng)過電容 C C2 濾波后再經(jīng)過一個(gè)二極管（此處的二極管起到保護(hù)作用）從 AMS1117 的 3 腳輸 入 ，然后從 2 腳輸出，就可以得到 + 的電壓給 STM32 單片機(jī)供電。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 31 頁 圖 38 12V 轉(zhuǎn) 5V 穩(wěn) 壓電路 圖 39 5V 轉(zhuǎn) 電路 CAN 收發(fā)器 TJA1050 電路 圖 310 TJA1050 電路 一般在工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)中，會(huì)采用串聯(lián)幾個(gè)電阻作為限流，并聯(lián)電容來濾波，反接二極管作為保護(hù)作用，在收發(fā)器與 CAN 獨(dú)立控制器之間加光耦以做光電隔離作用，此次設(shè)計(jì)未用到上述措施，由于設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了電路。其中 R4 為 120 歐的電阻，在多節(jié)點(diǎn)通信是并在首尾節(jié)點(diǎn)的 CAN 總線接口兩端。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 L298N 電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要的電路組成部分由驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 的電路、比較 器 LM393 電路、電源轉(zhuǎn)換電路組成， L298N 電路中，采用 L298N 芯片的 A 通道，即導(dǎo)通 IN IN OUT桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁 共 31 頁 OUT2 這兩路。 OUT OUT2 接電動(dòng)機(jī)模塊。其兩端并聯(lián)一個(gè) 104 的瓷片電容。 IN IN2兩個(gè)引腳接單片機(jī)的 IO 口，由單片機(jī)輸出的電平控制其正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，此通路的使能端 ENA也接單片機(jī)的 IO 口，當(dāng)遇到問題的時(shí)候（如夾手、車窗轉(zhuǎn)動(dòng)到頭時(shí)）關(guān)斷使能端，使得電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而兩個(gè)輸入端無法對(duì)其進(jìn)行控制。 圖 311 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路 本次設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)防夾功能，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的原理，當(dāng)其停止轉(zhuǎn)動(dòng)但 兩端仍有電流通過時(shí)，其輸出的電流會(huì)增大，在 L298N 芯片控制的電路中，由第 15 引腳分別對(duì)應(yīng)兩路輸入輸出端的輸出，在其管腳與地之間串聯(lián)一個(gè)檢測(cè)電阻，通過該電阻可以實(shí)現(xiàn)過流過壓檢測(cè)。 鍵盤輸入電路 鍵盤是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人際對(duì)話的紐帶。鍵盤可以分為：獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤兩種。 獨(dú)立鍵盤與單片機(jī)連接時(shí)，每一個(gè)按鍵都要占用單片機(jī)的一個(gè) I/O 口，由于本系統(tǒng)需要較多按鍵，使用獨(dú)立按鍵就需要占用過多的 I/O 口資源。單片機(jī)的 I/O 口資源往往比較寶貴，當(dāng)用到多個(gè)按鍵時(shí)，往往采用矩陣式鍵盤。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁 共 31 頁 圖 316 獨(dú)立鍵盤電路（位于主節(jié)點(diǎn)，用于控制從節(jié)點(diǎn)） 圖 316 從節(jié)點(diǎn)上的獨(dú)立鍵盤 LED 顯示電路 本次設(shè)計(jì)中的 LED 指示燈電路，采用共陽極接法，兩支 LED 的陽極通過一個(gè) 1K的電阻接到 電源上，電阻的作