【導(dǎo)讀】使的重要數(shù)據(jù)來(lái)源，所以轉(zhuǎn)向角度信號(hào)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集顯得非常重要。的控制信號(hào)需要實(shí)時(shí)交換的問題，傳統(tǒng)線束已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種要求?？偩€的原理進(jìn)行了研究、吸收。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了采集汽車轉(zhuǎn)向角度信號(hào)的CAN. 節(jié)點(diǎn)的核心部分CAN總線模塊由三個(gè)功能單元組成—單片機(jī)、CAN. CAN控制器執(zhí)行完整的CAN協(xié)議，完成通訊功能。收發(fā)器實(shí)現(xiàn)CAN控制器與總線間邏輯電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換。成CAN物理層和邏輯鏈路層的所有功能，應(yīng)用層功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路用ADC0809、I/V轉(zhuǎn)換器，把來(lái)自傳感器的信號(hào)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換。看門狗電路保障了節(jié)點(diǎn)的可靠性。并且設(shè)計(jì)RS485通信電路，用于測(cè)試時(shí)連接。軟件設(shè)計(jì)采用匯編編程，主要程序包含有CAN的初始化、報(bào)文。保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提高整車的性能。本文的研究?jī)?nèi)容具有普遍意義。

　　

【正文】 位置高（當(dāng)前），這個(gè)寄存器可以被訪問（讀 /寫）。 驗(yàn)收屏蔽寄存器定義驗(yàn)收代碼寄存器的哪些位對(duì)接收過濾器是“相關(guān)的”或“無(wú)關(guān)的”。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 3章 總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng) 功能描述及要求 在汽車中，有很多信號(hào)的采集。這些信號(hào)需要共享，而不僅僅是用于某一個(gè)控制單元。使用 CAN 總線就可以很簡(jiǎn)單的將這些信號(hào)采集單元組成網(wǎng)絡(luò)，從而共享數(shù)據(jù)。 CAN 總線系統(tǒng)中所有的信號(hào)傳輸都通過總線傳輸。 本系統(tǒng)就是要用 CAN 總線 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)汽車進(jìn)入行使?fàn)顟B(tài)系統(tǒng)就自動(dòng)采集汽車的轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，并進(jìn)行處理后通過 CAN 總線將采集來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車的其它控制單元中，而且可以接收 CAN 總線中其它節(jié)點(diǎn)或控制單元的數(shù)據(jù)。要求系統(tǒng)的軟硬件能夠協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)功能。因?yàn)樵谄囆惺範(fàn)顟B(tài)中有很多的干擾會(huì)影響到信號(hào)的正常準(zhǔn)確的采集，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中從器件的選擇到電路的設(shè)計(jì)，還有軟件的設(shè)計(jì)中都需要考慮到怎樣減小或消除這些干擾的方法。也要充分考慮到成本的問題。 系統(tǒng)的功能要實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位、數(shù)據(jù)處理幾個(gè)方面。參數(shù)要求如下： 數(shù)據(jù)采集： 1 路模擬量輸入，信號(hào)形式 4～ 20 mA； 數(shù)據(jù)傳輸：傳輸速率 100Kbps；傳輸距離≥ 100m，最大距離 640m。傳輸線要求屏蔽雙交線。 轉(zhuǎn)向角度采集精度 ： ≤ 1176。 為方便系統(tǒng)測(cè)試擴(kuò)展連接 RS485 電路。 設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)工作過程 是：?jiǎn)卧械膯纹瑱C(jī)把來(lái)自傳感器 的 模擬量采集進(jìn)來(lái)，對(duì)其進(jìn)行處理后，發(fā)向 CAN 控制器的發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動(dòng) CAN 控制器的發(fā)送命令，此時(shí) CAN 控制器將自動(dòng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，不再需單片機(jī)干預(yù)。 CAN 控制器通過信息幀中的標(biāo)識(shí)符來(lái)進(jìn)行仲裁，標(biāo)識(shí)符數(shù)值最小的 CAN 控制器具有對(duì)總線的優(yōu)先使用權(quán)。 CAN 控制 器檢測(cè)到總線上有數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)自動(dòng)接收總線上的所需數(shù)據(jù)，存入其接收緩沖區(qū)，并向單片機(jī)發(fā)送接收中斷，啟動(dòng)單片機(jī)的接收服務(wù)程序，單片機(jī)通過執(zhí)行接收服務(wù)程序從 CAN 控制器的接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖 所示。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 設(shè)計(jì)要點(diǎn) （ 1）在設(shè)計(jì)微處理器與 SJA1000 的接口電路時(shí)，首先要根據(jù)微處理器選擇SJA1000 的接口模式，其次要注意 SJA1000 的片選地址應(yīng)與其它的外部寄存器無(wú)沖突，還應(yīng)注意 SJA1000 的復(fù)位電路應(yīng)為低電平有效。 （ 2）微處理器對(duì) SJAI000 的控制訪問，是以外部寄存器 方式來(lái)訪問 SJA1000的內(nèi)部寄存器，所以在微處理器訪問 SJA1000 時(shí)，應(yīng)該正確定義 SJA1000 內(nèi)部寄存器的訪問地址。 （ 3）微處理器可以通過中斷和查詢的方式來(lái)訪問 SJA1000。 （ 4）微處理器訪問 SJA1000 時(shí)，有兩種不同的模式：工作模式和復(fù)位模式。對(duì) SJA1000 的初始化只能在 SJA1000 的復(fù)位模式下進(jìn)行。初始化包括設(shè)置驗(yàn)收濾波器、總線定時(shí)器、輸出控制、時(shí)鐘分頻中的特定控制等，設(shè)置復(fù)位請(qǐng)求后，一定要校驗(yàn)，以確保設(shè)置成功。 （ 5）向 SJA1000 的發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，一定要檢查發(fā)送緩沖區(qū)是否處于鎖定狀態(tài)，如鎖定， 這時(shí)寫入的數(shù)據(jù)將丟失。 （ 6）對(duì) SJA1000 的操作難點(diǎn)在于總線定時(shí)器的設(shè)置，設(shè)置總線定時(shí)器包括：設(shè)置總線波特率、同步跳轉(zhuǎn)寬度、位周期的長(zhǎng)度、采樣點(diǎn)的位置和每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)目。 芯片的選擇 CAN 節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的核心，芯片的選擇即要滿足功能的實(shí)現(xiàn)，又要考慮到成本，易用等問題。硬件的設(shè)計(jì)主要用到的有 CAN 控制器、 CPU、 CAN 驅(qū)轉(zhuǎn)向角度 傳感器 I/V轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機(jī) CAN 控制器 光電隔離 CAN 收發(fā)器 CAN BUS 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 動(dòng)器、 A/D 轉(zhuǎn)換器及相互之間連接設(shè)計(jì)所需器件。本文將對(duì)用到的幾種器件做簡(jiǎn)要的介紹。 1．單片機(jī) 本系統(tǒng)因?yàn)閼?yīng)用于汽車中，周圍信號(hào)干擾強(qiáng)，最好系統(tǒng)使用盡可能少的外圍擴(kuò)展芯片，提高系 統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，所以要求使用的單片機(jī)具有片內(nèi)足夠大的ROM 和 RAM。目前 AT89C52 是應(yīng)用最廣的單片機(jī)之一，它具有很高的性能價(jià)格比。完全滿足設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的要求，因此在眾多的單片機(jī)類型中選取了 ATMEL 公司的 AT89 系列單片機(jī) AT89C52。 AT89C52 單片機(jī)是的一種低功耗、高性能內(nèi)含 8K 字節(jié)閃電存儲(chǔ)器（ Flash Memory）的 8 位 CMOS 微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系列和引腳完全兼容。有超強(qiáng)的加密功能，其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程 /擦除速度快，全 4K 字節(jié)編程只 需 3s，擦除時(shí)間約用 10ms；它的主要特點(diǎn)有： （ 1）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器為電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 EEPROM，容量 8KB，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量 256B（不包括專用寄存器），外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間 64KB，外部程序存儲(chǔ)器尋址空間 64KB； （ 2）有三個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； （ 3）可利用兩根 I/O 口線作為全雙工的串行口，有四種工作方式，可通過 編程選定； （ 4）內(nèi)部 ROM 中開辟了四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共 32 個(gè)通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的情況； （ 5）內(nèi)部有 6 個(gè)中斷源，分為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源優(yōu)先級(jí)是 可編程的； （ 6）堆棧位置是可編程的，堆棧深度可達(dá) 128 字節(jié)； （ 7）內(nèi)部有一個(gè)由直接可尋址位組成的布爾處理機(jī)，在指令系統(tǒng)中包含了一個(gè)指令子集，專用于對(duì)布爾處理機(jī)的各位進(jìn)行各種布爾處理，特別適用于控制目的和解決邏輯問題； （ 8） AT89C52 的狀態(tài)周期由振蕩器 2 分頻后獲得，作為芯片工作的基本時(shí)間單位。采用 12MHz 時(shí)， AT89C52 的狀態(tài)周期為 (2/12)179。 108=167ns。 AT89C52 芯片內(nèi)部有 6 個(gè)中斷源，在本次設(shè)計(jì)中涉及到 AT89C52 芯片的中斷源有三個(gè)，分別是外部中斷 INT0 、 INT1 、定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0。其中外部中斷 INT0優(yōu)先級(jí)別最高，定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 次之，然后是 INT1 中斷。下面就這四個(gè)中斷源介紹如下： （ 1）關(guān)于外部中斷 外部中斷的激活方式分為兩種：一種是電平激活，另一種是邊緣激活。這兩 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 種方式可以靠 TCON 寄存器中的中斷方式位 IT1 或 IT0 來(lái)控制。若 ITx=0 （ X 為0 或 1），則采用電平激活方式：在 INTx 引腳上檢測(cè)到低電平，將觸發(fā)外部中斷。若 ITx=1，則采用邊沿激活方式：在相繼的 2 個(gè)周期中，對(duì) ITx 引腳進(jìn)行連續(xù) 2次采樣，若第一次采樣值為高，第二次為低，則 TCON 寄存器中的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IEx 被置 1，以請(qǐng)求中斷。由于外部中斷引腳每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，為確保采樣由引腳 INTx 輸入的信號(hào)至少保持一個(gè)機(jī)器周期，即 12 個(gè)振蕩周期。如果外部中斷為邊緣激活方式，則引腳處的高電平和低電平值至少各保持一個(gè)機(jī)器周期，才能確保 CPU檢測(cè)到電平的跳變，而把中斷請(qǐng)求標(biāo)志 IEx=1。如果采用 電平激活外部中斷方式，外部中斷源應(yīng)一直保持中斷請(qǐng)求有效，直至所請(qǐng)求的中斷得到響應(yīng)時(shí)為止。 （ 2）關(guān)于定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T T0 和 T2 AT89C52 有三個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，本系統(tǒng)中使用了一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0。 在專用寄存器 TMOD（定時(shí)器方式）中，各有一個(gè)控制為（ C/T），分別用于控制定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 和 1 是工作在定時(shí)器方式還是計(jì)數(shù)器方式。選擇定時(shí)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘，每隔機(jī)器周期使寄存器的值增 1。每個(gè)機(jī)器周期等于 12 個(gè)振蕩器周期，故計(jì)數(shù)速率為振蕩器頻率的 1/12。當(dāng)采用 I2MHz 晶振時(shí)，計(jì)數(shù)速率為 1MHz。當(dāng)選擇計(jì)數(shù)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自相應(yīng)的外部引腳 T0 或 T1。當(dāng)輸入信號(hào)產(chǎn)生由 1 至 0 的跳變時(shí)，計(jì)數(shù)寄存器（ TH0、 TL0 或 THTH0）的值增 1。 每個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器還有 4 種操作模式。 模式 0：通過 TMOD 寄存器把定時(shí) /計(jì)時(shí)器 0 或 1 置為模式 0。在這種模式下，16 位寄存器 TH1/0+TL1/0 只用了 13 位， TL1/0 的高三位未用。 模式 1：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 或 1 以全 16 位參與操作的。 模式 2：這種模式是把定時(shí)計(jì)數(shù)器 TL0 或 TL1 配置成一個(gè)可以自動(dòng)重裝載的8 為計(jì)數(shù)器。 TL1 計(jì)數(shù)溢出時(shí)，不僅使溢出標(biāo)志 TF1 置 1， 而且還自動(dòng)把 TH1 中的內(nèi)容重裝載到 TL1 中。 TH1 的內(nèi)容可以靠軟件預(yù)置，重裝載后內(nèi)容不變。 模式 3：操作模式 3 對(duì)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 和定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 是不同的。對(duì)于定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1，設(shè)置為模式 3 將使它保持原有的計(jì)數(shù)值，其作用如同使 TR1=0。對(duì)于定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0，模式 3 將使 TL0 和 TH0 成為 2 個(gè)互相獨(dú)立的 8 位計(jì)數(shù)器。 （ 3）串行口 AT89C52 單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)全雙工串行口，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。該口在接收數(shù)據(jù)時(shí)具有緩沖作用。串行口的中斷是由串行口控制寄存器 SCON 中的發(fā)送標(biāo)志 TI 或接收中斷標(biāo)志 RI產(chǎn)生。在中斷相應(yīng)的過程 中，此二標(biāo)志位均不會(huì)被硬件清 0。通常，串行口中斷服務(wù)程序往往需要查清此次中斷究竟由何種標(biāo)志所致。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 串行口有四種運(yùn)作方式。 方式 0：在這種方式下，串行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收均通過 RXD 引腳進(jìn)行。 RXD引腳來(lái)輸出移位脈沖。以 8 位數(shù)據(jù)為一幀，每個(gè)機(jī)器周期發(fā)送或接收一位，波特率為振蕩頻率的 1/12。 方式 1：數(shù)據(jù)發(fā)送通過 TXD 引腳，接收通過 RXD 引腳進(jìn)行。 10 位為一幀：一個(gè)起始位（ 0）， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位（最低位優(yōu)先）和一個(gè)停止位（ 1）。接收時(shí)，停止位進(jìn)入專用寄存器 SCON 的 RB8。波特率可變。 方式 2：數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別通過 TXD 和 RXD 引腳進(jìn)行。 11 位為一幀：一個(gè)起始位（ 0）， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位（最低位優(yōu)先），一個(gè)可編程的第九數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位（ 1）。發(fā)送時(shí)，第九數(shù)據(jù)位來(lái)自專用寄存器 SCON 的 TB8，可為 0 或 1 波特率可編程為振蕩頻率的 1 /32 或 1/64。 方式 3：在此方式下，波特率是可任意安排的，除此之外，方式 3 和方式 2完全相同。 2． CAN 控制器 作為一種非常成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，目前市面上有許多 CAN 控制器和 CAN總線驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。有獨(dú)立 CAN 控制器，也有和 CPU 集成到一起的非獨(dú)立 CAN控制器。生產(chǎn) CAN 控制器和驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的廠家也很 多，幾乎所有半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家都有 CAN 總線器件，這也是選擇 CAN 總線構(gòu)成本系統(tǒng)的因素之一。 考慮到本系統(tǒng)中 CPU的負(fù)荷較重，所以設(shè)計(jì) CAN 通信電路時(shí)，選擇硬件實(shí)現(xiàn)的獨(dú)立 CAN 控制器。目前應(yīng)用較多的就是 Philips 公司的 SJA1000，考慮到該產(chǎn)品的應(yīng)用十分普遍，設(shè)計(jì)參考資料也很豐富，市場(chǎng)上也容易購(gòu)置，價(jià)格也相對(duì)比較便宜，所以本設(shè)計(jì)選用該芯片。關(guān)于此芯片在 節(jié)中進(jìn)行了介紹。 3．通用 CAN 收發(fā)器 PCA82C50 是 CAN 協(xié)議控制器和物理總線間的接口，它主要是為汽車中高速通訊（高達(dá) 1Mbps）應(yīng)用而 設(shè)計(jì)。此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì) CAN 控制器提供差動(dòng)接收能力，完全符合“ ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)限流電路可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電池電壓的正端和負(fù)端短路。雖然在這種故障條件出現(xiàn)時(shí)，功耗將增加，但這種特性可以阻止發(fā)送器輸出級(jí)的破壞。 在節(jié)點(diǎn)溫度大約超過 160℃ 時(shí)，兩個(gè)發(fā)送器輸出端的極限電流將減少。由于發(fā)送器是功耗的主要部分，因此芯片溫度會(huì)迅速降低。 IC 的其它 所有部分將繼續(xù)工作。當(dāng)總線短路時(shí)，熱保護(hù)十分重要。 CANH、 CANL 兩條線也防止在汽車環(huán)境下可能發(fā)生的電氣瞬變現(xiàn)象。 PCA82C250 共有 三種不同的工作模式控制，通過 Rs 控制引腳提供： 第一種模式是高速模式。它支持最大的總線速度和 長(zhǎng)度。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第二種是斜率模式。當(dāng)使用非屏蔽的總線電纜時(shí)，可以考慮使用這種模式。這種模式的輸出轉(zhuǎn)換速度可被故意降低，以減少電磁輻射。 第三種是準(zhǔn)備模式。這種模式在電池供電的應(yīng)用要求系統(tǒng)功率消耗非常低的應(yīng)用中非常有用。在準(zhǔn)備模式中傳輸一個(gè)報(bào)文就可以將系統(tǒng)激活。 下面是合適的斜率控制電阻 Rext 的阻值： 0 Rext 高速模式 VRS Vcc Rext140K 斜率控制模 式 10μAIRS200μA 在系統(tǒng)中，使用的是斜率控制模式， Rext 選擇為 30K。 4． A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換芯片采用 ADC0809， ADC0809 是逐次逼近式 8 位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，它是 CMOS 器件，可以和單片機(jī)直接連接。 ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809