【正文】 STM32F103xx 增強型系列產(chǎn)品，內(nèi)嵌一個兼容全速 USB 的設(shè)備控制器，遵循全速 USB 設(shè)備(12 兆位/秒)標準，端點可由軟件配置，具有待機/喚醒功能。USB 專用的 48MHz 時鐘由內(nèi)部主 PLL 直接產(chǎn)生(時鐘源必須是一個 HSE 晶體振蕩器)。 通用輸入輸出接口(GPIO)每個 GPIO 引腳都可以由軟件配置成輸出(推挽或開漏)、輸入(帶或不帶上拉或下拉)或復(fù)用的外設(shè)功能端口。多數(shù) GPIO 引腳都與數(shù)字或模擬的復(fù)用外設(shè)共用。除了具有模擬輸入功能的端口，所有的 GPIO 引腳都有大電流通過能力。在需要的情況下，I/O 引腳的外設(shè)功能可以通過一個特定的操作鎖定，以避免意外的寫入 I/O 寄存器。在 APB2 上的 I/O 腳可達 18MHz 的翻轉(zhuǎn)速度。(模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器)STM32F103RBT6 增強型產(chǎn)品內(nèi)嵌 2 個 12 位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個ADC 共用多達 16 個外部通道，可以實現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動進行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。ADC 接口上的其它邏輯功能包括：● 同步的采樣和保持● 交叉的采樣和保持● 單次采樣ADC 可以使用 DMA 操作。模擬看門狗功能允許非常精準地監(jiān)視一路、多路或所有選中的通道，當被監(jiān)視的信號超出預(yù)置的閥值時，將產(chǎn)生中斷。由標準定時器(TIMx)和高級控制定時器(TIM1)產(chǎn)生的事件，可以分別內(nèi)部級聯(lián)到 ADC的開始觸發(fā)和注入觸發(fā)，應(yīng)用程序能使 AD 轉(zhuǎn)換與時鐘同步。 內(nèi)部模擬溫度傳感器溫度傳感器產(chǎn)生一個隨溫度線性變化的電壓，轉(zhuǎn)換范圍在 2V VDDA 之間。溫度傳感器在內(nèi)部被連接到 ADC12_IN16 的輸入通道上，用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換到數(shù)字數(shù)值。 管腳如圖 3—2 所示圖 32 STM32F103RBT6 管腳圖 CAN 節(jié)點接口芯片介紹 SN65HVD230 簡介SN65HVD230 是德州儀器公司生產(chǎn)的 CAN 收發(fā)器，該器件適用于較高通訊速率、良好抗干擾能力和高可靠性 CAN 總線的串行通信。CAN 總線以其較高的通訊速率、良好的抗電磁干擾能力可實現(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實際應(yīng)用中具有極高的應(yīng)用價值。不過，隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為了節(jié)省功耗，縮小電路體積，一些新型 CAN 總線控制器的邏輯電平均采用 LVTTL，這就需要和之相適應(yīng)的總線收發(fā)器。TI 公司生產(chǎn)的 SN65HVD230 型電路非常好地解決了這個問題。SN65HVD230 是德州儀器公司生產(chǎn)的 總線收發(fā)器，該收發(fā)器具有差分收發(fā)能力，最高速率可達 1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS 控制等領(lǐng)域。1 主要特點及引腳功能SN65HVD230 可用于較高干擾環(huán)境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發(fā)能力，其主要特點如下：　 完全兼容 ISO11898 標準；高輸入阻抗，允許 120 個節(jié)點；低電流等待模式，典型電流為 370μA；信號傳輸速率最高可達 1Mb/s；具有熱保護，開路失效保護功能；具有抗瞬間干擾，保護總線的功能；斜率控制，降低射頻干擾（RFI） ；差分接收器，具有抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾（EMI）能力。SN65HVD230 采用 PSOP8 封裝, 具體引腳排列及其邏輯功能如圖 3—3 所示, 表 3—2 所列是其引腳功能。SN65HVD230 具有高速、斜率和等待 3 種不同的工作模式。其工作模式控制可通過 Rs 控制引腳。圖 3—4 是 SN65HVD230 在 CAN 總線系統(tǒng)中的典型應(yīng)用圖。由圖中可以看出, CAN 控制器的輸出引腳 Tx 接到 SN65HVD230 的數(shù)據(jù)輸入端 D, 可將此 CAN 節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到 CAN 網(wǎng)絡(luò)中。而 CAN 控制器的接收引腳 Rx 與 SN65HVD230 的數(shù)據(jù)輸出端 R 相連, 用于接收數(shù)據(jù)。SN65HVD230 方式選擇端口 Rs 通過跳線和一端接地的斜率電阻器連接,通過硬件方式可實現(xiàn)3 種工作模式的選擇,其中斜率電阻器為 0～100kΩ 的電位器。VRs 為加在 Rs引腳上的電壓。具體工作模式的選擇如表 3—3 所列。而 在有些場 合中, 考慮 到系統(tǒng)成 本等問題, 使用非屏 蔽電纜時, 收發(fā)器必須滿足電磁兼容等條件。為了減少因電平快速上升而引起的電磁干擾, 在表 32 引腳功能引腳號 引腳名稱 引腳功能 描述1 D 輸入 CAN 控制器發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端2 GND 地 接地3 Vcc 電源 電壓源4 R 輸出 CAN 總線數(shù)據(jù)接收輸出端5 Vref 參考電壓 參考電壓輸出6 CANL CAN 總線低 低電平 CAN 電壓輸入 /輸出7 ANH CAN 總線高 高電平 CAN 電壓輸入 /輸出SN65HVD230 中引入了斜率控制方式。這種控制方式可通過連接在 Rs 引腳上的串聯(lián)斜率電阻器來實現(xiàn)。 圖 32SN65HVD230 的典型應(yīng)用表 33 具體工作模式的選擇VRs 工作模式VRs 大于等于 等待模式10k 到 100k 接地 斜率控制模式VR 小于等于 1V 高速模式使 Rs 接邏輯低電平可以使收發(fā)器工作在高速模式。在高速模式下, 收發(fā)器的通信速率達到最高,此時沒有內(nèi)部輸出上升斜率和下降斜率的限制, 但在該方式下, 最大的速率限制與電纜的長度有關(guān)。而在有些場合中, 考慮到系統(tǒng)成本等問題, 使用非屏蔽電纜時, 收發(fā)器必須滿足電磁兼容等條件。為了減少因電平快速上升而引起的電磁干擾, 在8 Rs 方式選擇 斜率電阻器輸入JUMPERCAN_TxCAN_RxDGNDVccRRsHLVREFSN65HVD230 中引入了斜率控制方式。這種控制方式可通過連接在 Rs 引腳上的串聯(lián)斜率電阻器來實現(xiàn)。電壓轉(zhuǎn)換和斜率電阻的關(guān)系如圖 3—5 所示。圖 33 電壓轉(zhuǎn)化和斜率電阻的關(guān)系在 Rs 引腳加上邏輯高電平(≥), 可使器件進入等待模式, 處于待機狀態(tài), 系統(tǒng)只“聽”發(fā)送過來的消息。在“聽”狀態(tài)下, 收發(fā)器的發(fā)送功能處于關(guān)斷狀態(tài), 接收功能仍處于有效狀態(tài)。此時, 接收器對于總線來說總是隱性的。 控制邏輯SN65HVD230 采用正邏輯控制方式, 有接收和發(fā)送二種方式。如表 3—4 所示。表 34 SN65HVD230 邏輯控制 舵機控制器介紹 功能介紹 杰越科技有限公司的最新產(chǎn)品，擁有 16 路舵機 PWM 脈沖信號輸出，可以同時對 16 個舵機進行任意角度和精確時間的控制。使用靈活、高效！使你徹底擺脫繁瑣的舵機控制算法，從嚴格的舵 PWM 時序中解放出來，有更多的定時器資源和軟件資源用在您更需要的地方。該舵機控制器可以接收串口命令，適合任何含標準串口（RS232 電平）的系統(tǒng)，如個人電腦、工控機、PLC、51 系列單片機、DSP、FPGA、ARM 等等。1 特點由串口命令控制，操作簡單，迅速響應(yīng)命令，輸出 16 路準確的舵機角度和動作時間的控制信號，多路同時控制，各自獨立運行。工作模式 串口控制○ 1串口發(fā)送命令，來控制各舵機的運動。 儲存卡控制○ 2將調(diào)試好的控制命令，存在儲存卡中，來控制各舵機的運動。 無線串口控制○ 3通過無線串口傳送命令，來對舵機進行調(diào)試和控制。技術(shù)參數(shù)：+7V —+12V。 DC 插頭供電范圍：+7V —+12V。：＋－＋6V。：16 路。：RS232（串口）或 TTL。：1us , 約 度。：4800 9600 通過撥碼開關(guān)可以轉(zhuǎn)換。： Futaba or Hitec 等以及各大國產(chǎn)品牌（如輝盛）等，支持數(shù)字模擬舵機。 接口： DB9F。:。：提供外擴上位機系統(tǒng)供電接口。命令格式：Dtime chAdegree…chAdegreeTstep!1） time表示運行此指令的等待時間，單位 ms。2） ch 表示所控制的第幾路舵機，共 16 路（0015）非 116 路，以指令格式為準，電路板上所標有誤。3） degree 表示命令舵機所要到達的角度，范圍是 0180 度4） step 表示該指令舵機完成此動作的步數(shù)，每完成一成一步的時間為 20ms，步數(shù)*20ms 等于此動作完成的時間。5） ！表示一條指令結(jié)束。 按鍵處理 按鍵電路的設(shè)計本控制裝置的設(shè)計包括兩個節(jié)點：一個主節(jié)點和一個從節(jié)點。主節(jié)點 8 上有八個按鍵 KEY0、KEYKEYKEYKEYKEYKEYKEY7。按鍵如圖3—6 所示。主節(jié)點通過對鍵盤的掃描獲取用戶的控制命令，然后主節(jié)點通過 CAN 總線把控制命令發(fā)送給從節(jié)點，從節(jié)點通過舵機控制卡實時控制十六路舵機，從而控制機器人爬行方向；同時，主節(jié)點通過串口通信把控制命令發(fā)送給上位機，上位機在屏幕顯示當前的機器人運動狀態(tài)。圖3 —5 八個獨立鍵盤 本章小結(jié)本章主要介紹了 CAN 總線控制舵機裝置硬件設(shè)計的基本原理，首先介紹了總體設(shè)計方案，然后在此基礎(chǔ)上介紹了 CAN 收發(fā)器 SN65HVD30 的基本原理、舵機控制器的工作原理及其相應(yīng)的硬件連接，最后介紹了各總線節(jié)點的控制命令傳輸顯示部分的硬件設(shè)計。完成硬件設(shè)計是本次整體設(shè)計的基礎(chǔ)工作。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件的總統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)軟件的設(shè)計包括單片機的初始化、串口的初始化、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示、CAN 收發(fā)器 SN65HVD230 的初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送程序、數(shù)據(jù)接收程序以及上位機接收和顯示程序。主節(jié)點在接收到上位機的控制命令或者掃描到鍵盤動作后，通過 CAN 總線向從節(jié)點傳輸控制命令。其中，發(fā)送數(shù)據(jù)程序是把數(shù)據(jù)存儲區(qū)中待發(fā)送數(shù)據(jù)取出，組成信息幀，然后將信息幀發(fā)送到 CAN 控制器的緩沖區(qū)。在接收到上位機的發(fā)送請求后，發(fā)送程序啟動發(fā)送命令。信息從 CAN 控制器發(fā)送到總線是由CAN 控制器自動完成的。信息發(fā)送到 CAN 控制器的接收緩沖區(qū)也是自動完成的。接收程序只需從接收緩沖區(qū)讀取信息，并將其存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)。結(jié)合系統(tǒng)硬件，本測試系統(tǒng)進行了初步的軟件設(shè)計，主要包括：1)單片機功能軟件設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理，與上位機之間的 CAN 總線通信。2)CAN 智能節(jié)點的軟件設(shè)計，包括 SN65HVD230 的初始化、與單片機之間的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送的軟件設(shè)計。3)上位機的軟件設(shè)計，實現(xiàn)了上位機對 CAN 節(jié)點的監(jiān)控及對 CAN 節(jié)點傳送數(shù)據(jù)的處理，對數(shù)據(jù)實現(xiàn)顯示功能。 4．2 下位機數(shù)據(jù)采集處理軟件設(shè)計 主程序設(shè)計系統(tǒng)的主程序設(shè)計主要完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)的接收，處理，顯示、CAN總線接口通信等任務(wù)。程序由 c 語言編寫，編程環(huán)境采用 Keil uvision4 ARM單片機語言開發(fā)環(huán)境。按模塊化的思路，分成若干個較小的程序模塊來進行相應(yīng)函數(shù)的設(shè)計和調(diào)試，然后再把各個模塊連接起來。整個控制系統(tǒng)軟件設(shè)計采用上位機機控制方式。程序流程圖 41 所示： 下位機的環(huán)境信息采集和處理程序的設(shè)計本控制裝置的設(shè)計采用紅外傳感器，根據(jù)傳感器的工作原理，具體的數(shù)據(jù)采集與處理程序流程圖如圖 42 所示： 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊用于將采集的障礙物轉(zhuǎn)換為數(shù)值，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)智能決策。具體的流程圖如圖 43 所示： 單片機初始化外設(shè)時鐘開啟和中斷優(yōu)先級設(shè)置CAN 總線傳輸控制舵機 上位機顯示開始圖 41 主程序流程圖初始化紅外超聲傳感器分別啟動以上傳感器發(fā)送紅外/超聲脈沖等待脈沖返回計算距離根據(jù)設(shè)定值智能決策發(fā)送給上位機顯示圖42 距離采集流程圖 CAN 節(jié)點的軟件設(shè)計CAN 轉(zhuǎn)換卡主要負責上位機與各個 CAN 節(jié)點的通信，它的軟件設(shè)計是非常關(guān)鍵的，CAN 轉(zhuǎn)換卡的軟件設(shè)計主要包括以下幾個部分：CAN 總線的初試化設(shè)置；接收上位機命令對命令進行處理；向上位機報告處理結(jié)果；向其它 CAN 智能節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；從其它 CAN 智能節(jié)點處接收數(shù)據(jù)。其中，關(guān)鍵的是 CAN 通信協(xié)議的實現(xiàn)，包括各種幀的組織和發(fā)送，都集成在 CAN 總線的通信控制器的內(nèi)部電路中，核心部分則是微處理器與 CAN 總線通信控制器之問的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收程序。CAN 控制器集成在 STM32F103RBT6 微處理器中，核心部分是微處理器與 CAN 總線通信收發(fā)器 SN65HVD230 之問的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收程序，也就是說，當微處理器把要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)部集成的 CAN 總線通信控制器后，由后者將數(shù)據(jù)發(fā)送到 CAN 總線上，再通過 CAN 總線傳送到其它智能節(jié)點中；而當SN65HVD230 從總線上接收到數(shù)據(jù)之后，則要求微處理器從 SN65HVD230 中取走數(shù)據(jù)。因此 CAN 總線節(jié)點的通信程序主要包括三個部分：CAN 節(jié)點初始化、信息的發(fā)送和接收。 CAN 節(jié)點的初始化獨立的 CAN 控制器 SN65HVD230 必須在上電硬件復(fù)位后進行初始化設(shè)定以用于 CAN 通信。在由主控制器操作期間，該主控制器可能發(fā)送一個(軟件)復(fù)位否讀取障礙物距離與設(shè)定值進行比較，是否大于設(shè)定值通過 CAN 總線給從節(jié)點發(fā)送控制命令是圖 43 智能決策請求，SN65HVD230 會被重新配置(再次初始化)。初試化包括工作方式的設(shè)置、接收濾波的設(shè)置、接收屏蔽寄存器 AMR 的設(shè)置和接收代碼寄存器 ACR 的設(shè)置、波特率參數(shù)