【導(dǎo)讀】它是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)高度綜合與集成的產(chǎn)物，是一種開放式和分。現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，已被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場。本文采用CAN現(xiàn)場總線技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了一種分布式測量控制系統(tǒng)。能和控制功能，穩(wěn)定的性能、友好的界面。節(jié)點(diǎn)和接口卡硬件的主體部分采用了PIC16F877單片機(jī)和MCP2510CAN控制器。每個節(jié)點(diǎn)4路AD輸入和8路開關(guān)量輸出。在一條總線上最大可掛接110個節(jié)點(diǎn)，通過。接口卡與上位機(jī)進(jìn)行通信。上位機(jī)軟件使用面向?qū)ο笤O(shè)計，把節(jié)點(diǎn)映射為節(jié)點(diǎn)類的一個。通過事件觸發(fā)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)CAN總線上節(jié)點(diǎn)在線加入與移除的動態(tài)檢測。通過調(diào)用節(jié)點(diǎn)類的遠(yuǎn)程控制方法，可以經(jīng)由CAN總線對各節(jié)點(diǎn)的8路開關(guān)量進(jìn)。各節(jié)點(diǎn)傳感器的偏移修正在上位機(jī)上進(jìn)行，克服了在節(jié)點(diǎn)上寫入偏移數(shù)據(jù)。不方便，效率較低的缺點(diǎn)。該系統(tǒng)作為一種通用的測量系統(tǒng)，可以搭配不同的傳感器應(yīng)

　　

【正文】 M、 RAM、 I/O 等基本構(gòu)造外，還包括以下各種功能，簡介如下： ● A/D converter：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最多可以讀取 8 組模擬輸入訊號。 ● CCP： Capture、 Compare、 PWM，用于控制直流馬達(dá)。 ● Timer，內(nèi)部定時器，有 Timer0、 Timer Timer2 等。 ● USART： Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，同步 /異步串行傳輸，如 RS23 RS485 等。 ● MSSP； Master Synchronous Serial Port，兩線式 (I2C)與三線式 (SPI)標(biāo)準(zhǔn)同步串行傳輸協(xié)定，常用于 EEPROM 內(nèi)存資料的燒錄與讀取，或是與其它集成電路溝通與聯(lián)系，形成多芯片網(wǎng)絡(luò) [6]。 PIC16F877基本電路 ● PIC 振蕩頻率電路 單片機(jī)振蕩電路與整體系統(tǒng)工作速度有直接的關(guān)系，例如同步 ∕異步串行傳輸、定時器等，都與振蕩頻率有關(guān)，不同系 列單片機(jī)有不同振蕩頻率，根據(jù)產(chǎn)品資料手冊，PIC16F877 振蕩頻率最高可到 20MHz； 在圖 2 中，振蕩電路接于 Pin13(OSC1/CLKIN)與 Pin14（ OSC2/CLKOUT） ,而振蕩電路有以下四種形式： LP：使用低功率振蕩晶體 (Low Power Crystal) XT：使用振蕩器 ∕諧振器 (Crystal/Resonator) HS：使用高速振蕩器 (High Speed Crystal/Resonator) RC：使用電阻 ∕電容 (Resister/Capacitor) 一般常用振 蕩晶體或是諧振器作為單片機(jī)振蕩源，外接電路及 PIC 內(nèi)部電路說明如圖 3 所示。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 硬件設(shè)計 16 圖 3 振蕩源電路圖 ● 外加電源與重置電路 PIC16F877 工作電壓為 5V， 連接 Pin11 與 Pin32， Pin12 與 Pin31 為地線接腳；重置電路連接 Pin1， 按下 Reset 后內(nèi)部指令重頭開始執(zhí)行，系統(tǒng)重新運(yùn)作。 如圖 4 所示。 圖 4 電源與重置電路 PIC16F877輸入輸出接口 PIC16F877 除了上述基本電路所占用的 7 支接腳外，其余的 33 支接腳都可當(dāng)成輸出、輸入接腳，輸入輸出端口是單片機(jī)基本界面，可以與周邊電路進(jìn)行電路控制和信號傳輸與檢測。 PIC 是 8 位的單片機(jī)，以接腳特性分組，每組盡量湊滿 8 支接腳，并將 I/O命名為 PORTA(RA0~RA5)、 PORTB(RB0~RB7)、 PORTC(RC0~RC7)、 PORTD(RD0~RD7)和 PORTE(RE0~RE2)等，各分組接口特性說明如下： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 硬件設(shè)計 17 ● PORTA PIC16F877 的 PORTA 總共有 6 個位 (RA0~RA5)， PORTA 的接腳可作為數(shù)字輸出輸入端口，而系統(tǒng)重置后， PORTA 自動成為模擬輸入狀態(tài)，可讀取模擬輸入訊號。 ● PORTB PORTB 總共有 8 個位 (RB0~RB7)，可以撰寫程序規(guī)劃輸入輸出方向、狀態(tài)，其中，要進(jìn)行燒錄時，使用到三支接腳，分別是 Pin36(RB3/PGM) 、 Pin39(RB6/PGC) 與Pin40(RB7/PGD)。 ● PORTC PORTC 總共有 8 個位 (RC0~RC7)，除了可作為數(shù)位 I/O 外，還和一些特殊功能的周邊電路共享接腳， 例如 CCP（直流馬達(dá)控制）、 I2C、 SPI（同步串行通訊電路）、 UART（異步串行傳輸電路）等等。 ● PORTD PORTD 總共有 8 個位 (RD0~RD7)，可作一般數(shù)字 I/O，并與 PSP(Parallel Slave Port)并列傳輸接口共享。當(dāng)整體系統(tǒng)需要多單片機(jī)時，彼此可以經(jīng)由并列傳輸接口來快速傳輸資料。 ● PORTE PORTE 總共有 3 個位 (RE0~RE2)， PORTE 的 Pin 10 有三種功能，除了基本I/O 功能，也有模擬輸入功能，而上述 PORTD 的并列傳輸接口設(shè)定所需的控制接腳，如 /RD、 /WR、 /CS 等，也是屬于 PORTE 接腳。 PIC16F877指令簡介 PIC16F877 常用的語言有匯編語言與 C 語言兩種，匯編語言是將每一個機(jī)器碼使用一個文字代號代表，比較接近處理器真正動作模式；而 C 語言是比較符合人們的 使用習(xí)慣，事先將匯編語言組合成 C 語言形式，使用較為方便，但是 C 語言所組譯的機(jī)器碼程序通常比較大，且組譯軟件通常需要額外購買。 PIC 是采用 RISC（ Reduced Instruction Set Computing，精簡指令集），與 8051 系列采用的 CISC（ Complicated Instruction Set Computing，復(fù)雜指令集）不同 [5]。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 硬件設(shè)計 18 MCP2510 CAN 控制器介紹 MCP2510 CAN控制器特點(diǎn) MCP2510 是 Microchip 公司生產(chǎn)的一種 CAN 控制器。它支持 ， ， 協(xié)議的主動和被動模式，可以傳輸和接收 CAN 標(biāo)準(zhǔn)幀和 CAN 擴(kuò)展幀，實(shí)現(xiàn)了接收過濾器和消息管理功能。它有 3 個發(fā)送緩沖器和 2 個接收緩沖器，可以減少微處理器對消息的管理需要。微處理器和 MCP2510 之間的通信是通過工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn) SPI 接口，數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá) 1Mbps。在工業(yè)自動化，多種控制設(shè)備、交通工具醫(yī)療儀器、建筑及環(huán)境控制中得到廣泛應(yīng)用。 其引腳如下圖 5。 Vss9RX1BF10OSC18OSC27TX2RTS6TX1RTS5RX0BF11CS16RESET17Vdd18INT12SCK13TX0RTS4CLKOUT3RXCAN2TXCAN1S114S015MCP2510 圖 5 MCP2510 引 腳 總體特點(diǎn)： ●實(shí)現(xiàn)在 1Mb/s 下的完成 CAN 和 協(xié)議的兼容； ●可變 0～ 8 個字節(jié)的消息長度； ●可處理標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀； ●速度可編程； ●支持遠(yuǎn)程幀； ●帶優(yōu)先消息存儲功能的兩個接收緩沖器； ● 6 個接收過濾器； ● 2 個屏蔽接收過濾器； ●具有優(yōu)先發(fā)送和退出功能的 3 個發(fā)送緩沖器； 硬件特點(diǎn)： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 硬件設(shè)計 19 ●高速 SPI 接口； ●帶 有可編程預(yù)分頻器的時鐘輸出； ●可選擇是否使能的中斷輸出腳； ●接收緩沖滿輸出腳可配置為每個接收緩沖器滿中斷輸出，也可配置為通用的數(shù)據(jù)輸出腳； ●請求發(fā)送輸入腳可配置為請求每個發(fā)送緩沖器立即啟用消息發(fā)送的控制腳，也可配置為通用的數(shù)據(jù)輸出腳； ●具有低能耗休眠模式； 低能耗 CMOS 技術(shù) ●操作電壓從 到 ； ●正常運(yùn)行時典型電流 5mA； ●休眠時 55V 電壓下 10μ A 電流； 電流范圍： ● 40℃到 85℃； MCP2510指令 微控制器（ MCU）控制操作 MCP2510 是通過讀寫內(nèi)部寄存器 來實(shí)現(xiàn)， MCP2510內(nèi)部寄存器有狀態(tài) /標(biāo)志寄存器和控制寄存器，部分寄存器為只讀，部分寄存器為可讀寫，有的寄存器還可位編輯。微控制器可通過 SPI 接口讀寫 MCP2510 芯片內(nèi)部寄存器。MCP2510 芯片提供 6 條 SPI 指令，分別是： ●復(fù)位指令（ Reset）：復(fù)位所有寄存器到默認(rèn)狀態(tài)，控制器進(jìn)入配置工作方式； ●讀指令：讀指定起始地址的寄存器值，可以讀連續(xù)地址的多個寄存值； ●寫指令：寫指定起始地址的寄存器，可以向連續(xù)地址多個寄存值寫內(nèi)容； ●請求發(fā)送報文指令（ RTS）：用來啟動發(fā)送緩沖區(qū)報文發(fā)送。可同時啟動多 個緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)； ●讀狀態(tài)指令：查看控制器常用狀態(tài)標(biāo)志， MCP2510 專門提供該指令用一次性讀取幾個常用狀態(tài)標(biāo)志； ●位編輯（ Bit Moify）指令：編輯指定寄存器指定位， MCP2510 只有部分寄存器可以位編輯。 MCP2510工作方式 MCP2510 有多種工作方式，不同工作方式下其功能是不一樣的，在不同的工作方式下通過修改 位可以轉(zhuǎn)換 MCP2510 工作方式。其工作方式有： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 硬件設(shè)計 20 ●配置工作方式（ Configuration Mode）： MCP2510 被激活工作前必須進(jìn)行初 始化配置，一些寄存器只有在配置方式下才可以被修改，如 CNF1,CNF2,CNF3,TXRTSCTRL,接收過濾器寄存器，和接收過濾掩碼寄存器等。 MCP2510 復(fù)位后自動進(jìn)入配置工作方式。 ●睡眠工作方式（ Sleep Mode）：在此方式下， MCP2510 進(jìn)入省電狀態(tài)，但 SPI 接口還是工作著，所有寄存器可讀寫。總線狀態(tài)的變化可以激活此工作方式進(jìn)入正常工作方式。 ●監(jiān)聽工作方式（ Listen Only Mode）：在此方式下，節(jié)點(diǎn)不發(fā)送任何東西，節(jié)點(diǎn)接收所有的報文幀，包括錯誤的幀，可以讓控制工作在監(jiān)聽工作方式下 從而監(jiān)視總線和自動檢測波特率。 ●環(huán)路工作方式（ Loopback Mode）：控制器發(fā)送將發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入接收緩沖區(qū)，環(huán)路工作方式用于開發(fā)調(diào)試，此模式下不往總線送任何數(shù)據(jù)。 ●正常工作方式（ Normal Mode）： CAN 總線節(jié)點(diǎn)正常工作必須在此方式下，控制正常的發(fā)送和接收報文。 MCP2510中斷處理 MCP2510 控制器中斷源有：發(fā)送中斷，接收中斷，報文錯誤中斷，睡眠激活中斷，錯誤中斷。每個中斷源都有各自的中斷標(biāo)志和中斷使能位。當(dāng)設(shè)置為使能狀態(tài)下的中斷源發(fā)生中斷時， MCP2510 引腳 INT 輸出中斷信號，在系統(tǒng)電路中 INT 和微控制器的外部中斷輸入引腳相連，作為微控制器的外部中斷進(jìn)行處理 [12]。 PCCAN 接口卡設(shè)計 由于 PC 機(jī)不能直接和 CAN 總線進(jìn)行通信，因此，為了實(shí)現(xiàn)子節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)，設(shè)計了 PCCAN 接口卡。 PCCAN 接口卡的功能： ●實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串口的 RS232 與 CAN 總線間電平轉(zhuǎn)換； ●實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串口波特率與 CAN 總線不同波特率間轉(zhuǎn)換； ●對 CAN 總線上每幀 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)包與上位機(jī)串口比特流的雙向轉(zhuǎn)換； ●實(shí)現(xiàn)傳送數(shù)據(jù)的 CRC 校驗(yàn)及錯誤重發(fā)； 根據(jù)其作用需要 具備的特點(diǎn)： ●工作穩(wěn)定； ●硬件簡單可靠； ●同時具有 CAN 總線通信功能以及串口通信功能； 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 硬件設(shè)計 21 ●運(yùn)算速度能夠滿足在多子節(jié)點(diǎn)情況下的要求； 根據(jù)以上特點(diǎn)，選用了 PIC16F877 單片機(jī)作為接口卡的核心。 PIC16F877 本身支持4～ 20M 的晶振頻率。由于其單指令單周期的特點(diǎn)，其運(yùn)算速度比同頻的 51 單片機(jī)快得多。因此使用 4M 的晶振已經(jīng)能夠滿足需要。 PIC16F877 具有眾多的外設(shè)，包括通用同步 /異步收發(fā)器 USART。 USART 可以設(shè)置為與 PC 機(jī)進(jìn)行通信的全雙工的異步通信系統(tǒng)，也可以被設(shè)置為與 A/D 或 D/A 接口 電路、串行 EEPROM 等進(jìn)行通信的半雙工同步通信系統(tǒng)。利用它的全雙工異步方式，可以方便地與上位機(jī)進(jìn)行全雙工的串口通信。 USART 支持的速率從 300bps～ 。 PIC16F877 內(nèi)置主同步串行口 MSSP 模塊，用來與其它外圍串行接口或其它單片機(jī)芯片進(jìn)行通信。這些外圍設(shè)備是串行 EEPROM、移位寄存器、顯示器或 A/D 轉(zhuǎn)換器。MSSP 有以下兩種工作方式： ●同步串行外圍接口 (SPI) ●芯片間總線 (I178。C) 而 Microchip 公司生產(chǎn)的 MCP2510 的 SPI 接口正好可以與 PIC16F877 完美的結(jié) 合。 CAN 接口芯片選用 Philips 生產(chǎn)的 PCA82C250[2]。 PCCAN 接口卡的系統(tǒng)原理如圖 6， CPU 的引腳設(shè)置見圖 7。 圖 6 PCCAN 接口卡 系統(tǒng) 原理圖 Canbus Interface chip PCA82C250 MAX232 PIC16F877 MCP2510 SPI CAN controller TTL PIC Single c