【正文】 主節(jié)點程序 流程圖如圖 所示： 。 主節(jié)點數(shù)據(jù)顯示程序設計 單片機的軟件部分包括主節(jié)點 (所測數(shù)據(jù)的顯示輸出 )、節(jié)點一 (采集試驗路段路面的溫度 )、節(jié)點二 (采集路面加速加載設備顯示系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度 )、節(jié)點三（采 集 路面加速加載設備對試驗路段所加的壓力）程序設計，主要完成了一點對三點的 CAN 總線雙向通訊程序的設計、對傳感器信號 A/D 數(shù)據(jù)處理程序的設計、PICl8F458 與 74LS373 并行通訊程序設計、數(shù)碼管顯示程序設計等工作。本系統(tǒng)采用的方法是在信號的輸入端采用 LC濾波器，供電采用 DC/DC 電源模塊。整流之后加多級濾波，加 大、小電容濾去不同頻率的干擾。 對于電源干擾與接地干擾，抑制方法是：采用交流穩(wěn)壓，防止過壓，改善電源質(zhì)量。阻抗匹配值一般等于傳輸線特性阻抗，所用雙絞線的特性阻抗大約為 124Ω ，故匹配阻抗選為 120Ω 。 (2)干擾的抑制 CAN 總線的傳輸介質(zhì)采用雙絞線，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄但波阻抗高， 抗共模噪聲能力強，且采用雙絞線作信號線，能使雙絞線中各個小環(huán)路的感應電勢互相呈反向抵消，減少電磁感應干擾，另外，由于主節(jié)點與從節(jié)點之間有一定的距離，故通信中由于長線傳輸所造成的干擾也必須考慮。 串模干擾：串模干擾來自于與信號線平行布設的電源線和大電流控制所產(chǎn)生的空間電磁場。過程通道干擾造成通過各節(jié)點系統(tǒng)相連的輸入通道、輸出通道以及與其它系統(tǒng)相連的通信通道信息紊亂。由于操作環(huán)境等各方面的干擾，自然環(huán)境或人為因素所產(chǎn)生的影響或來自單片機系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的干擾。干擾可能來自于空間 (如電磁輻射 )，也可能是其它信號的藕合 (如靜電禍合、電磁禍合、公共阻抗藕合等 )，或是設備之間產(chǎn)生了“互感”。 總線兩端應接有兩個 120Ω 的電阻，對于匹配總線阻抗起著相當重要的作用，忽略掉它們，會使數(shù)據(jù)通信的抗干 擾及可靠性大大降低，甚至無法通信 。 PCA82C250 的 RS腳上與地之間的電阻 RS稱為斜率電阻，它的取值決定了系統(tǒng)處于高速工作方式還是斜率控制方式，把該引腳直接與地相連，系統(tǒng)將處于高速工作方式 。 控制器 PCA82C250 的引腳 RXD、 TXD 分別連接到單片機 PIC18F58 的引腳RB3/CANRX、 RB2/CANRTX 上， 控制器 PCA82C250 之間的引腳 CANH、 CANL 相連接，為了提高他們的抗干擾能力， 控制器 PCA82C250 引腳 CANH、 CANL 之間加入了一個120Ω 電阻， 控制器 PCA82C250 采用斜率控制模式， RS 引腳相連的電阻為 300Ω ，微處理器 PICl8F458 通過 中斷方式接 收或發(fā)送總線數(shù)據(jù)。接收過程是： CAN 控制器從CAN 總線上自動接收數(shù)據(jù)，并經(jīng)過濾后存入 CAN接收緩沖區(qū)，且向單片機發(fā)出中斷請求，此時單片機可從 CAN 接收緩沖區(qū)讀取要接收的數(shù)據(jù)。單片機主要用于系統(tǒng)的計算及信息處理等功能：內(nèi) 嵌 CAN控制器主要 用于系統(tǒng)的通信， CAN 控制器 主要用于增強系統(tǒng)的驅(qū)動能力。從此角度出發(fā)，我們設計的基于內(nèi)嵌 CAN 控制器的單片機多機系統(tǒng)的組成如圖 所示。 本課題采用共陰極接法 的接口電路如圖 所示 ： 圖 shows the main circuit node CAN 通訊硬件電路設計 硬件系統(tǒng)組成原理及通信過程 所謂對等式通信，就是單片機多機系統(tǒng)中任一 節(jié)點均可主動地與其它節(jié)點直接交換數(shù)據(jù)，而無須經(jīng)過第三方 。把 RB RB2 設置為 CAN 總線接口，將 RC、 RD 各 8 位的引腳作為數(shù)據(jù)輸出接口與 74LS373 連 接 ， RA1～ RA3 引腳作為路面加速加載設備對試驗路段路面所加壓力 數(shù)據(jù) 顯示輸出端 RC 引腳的片選與 74LS373 片選引腳相連，RB4～ RB7 引腳作為路面加速加載設備工作環(huán)境溫度和試驗路面溫度數(shù)據(jù)顯示輸出端 RD 引腳的片選與 74LS373 片選引腳相連。單片機復位后， 每隔一段時間對 LM35 的電壓輸出端采樣一次 , 上電復位電路和時鐘電路如圖 所示： 山東交通學院畢業(yè)論文（設計） 17 圖 和 時鐘電路 Poweron reset circuit and clock circuit 壓力數(shù)據(jù)的采集 本小節(jié) 為路面加速加載設備對試驗路段路面所加壓力數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)， 采用NSW 型無腔壓力傳感器 如圖 所示 ： 李龍：基于 CAN 總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 18 圖 NSW型無腔壓 力傳感器 Fig. NSWtype without cavity pressure sensor NSW 型無腔壓力傳感器技術(shù)參數(shù)如下 ： 壓力范圍： 0～ 10kPa 100kPa 10Mpa 30Mpa 60Mpa； 過載能力： 2 倍； 測量介質(zhì)：對不銹鋼不腐蝕的氣、液體； 工作方式：絕壓、表壓、差壓； 工作電壓： 10VDC(24V)； 輸 出： 100mV 或 0～ 5V、 4～ 20mA。這里 選用 AN0 即 RA0 引腳對輸入模擬信號進行信號采集。 硬件電路原理圖如圖 所示 ： 李龍：基于 CAN 總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 16 圖 Temperature acquisition hardware LM35 的主要技術(shù)指標如下： 比例因子： 10Mv/℃ ； 精 度： ℃； 測量范圍： 55～ 150℃； 工作電壓： 4～ 30V； 非線性度： ℃。 用戶可以根據(jù)需要選擇不同的 LM35 的封裝形式。 溫度 數(shù)據(jù) 的采集 本課題所做的數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)中的加速加載設備 采集 試驗路段路面溫度和設備工作 環(huán)境溫度的設計 思路 基本相同，都是應 用目前市場上常用的一種傳感器LM35， 選取不同的封裝形式。 數(shù)字系統(tǒng)只能處理數(shù)字信號，而且輸出的也是數(shù)字信號。在這種方式下，包括有效息和無效息的所有信息都被接收并復制到接收緩沖器中。 錯誤識別方式： CAN模塊能夠被配置為忽略所有錯誤、接收任何信息的方式。 自檢方式：如果激活自檢方式，模塊將不發(fā)送信息到 CAN 總線，而使把內(nèi)部的發(fā)送信息 界面聯(lián)接到接收信號界面， 信息在內(nèi)部進行發(fā)送和接收。監(jiān)聽方式也可以用來測試 CAN 總線的波特率。此時，模塊被激活， I/O應繳用作 CAN總線功能，模塊將發(fā)送和接收 CAN 總線上的信息。另外，當模塊處于關(guān)閉方式時，模塊被禁止，輸入 /輸出引腳將被用作一般的輸入 /輸出功能。 關(guān)閉方式： CANCON 寄存器的 REQOP2： REQOP0 位配置為 001，模擬將進入關(guān)閉方式，此時會使模塊的內(nèi)部時鐘停止，除非模塊被激活，如果模塊被激活，模塊經(jīng)等待 CAN總線上的 11個隱性位， 檢測總線空閑的條件，然后接受模塊關(guān)閉命令。在初始化方式下，模塊不能進 山東交通學院畢業(yè)論文（設計） 15 行發(fā)送和接收，同時，錯誤計數(shù)器被清 0，中斷標志保持不變。除了錯誤識別方式用配置接收緩沖器的 RXM 位來實現(xiàn)外，其余各種方式都是通過設置 CANCON 寄存器的第 5～ 第 7 位REQOP2： OPMODE0 對所選的工作方式作出應答。 為了支持 CAN總線操作， PIC18 系列單片機中專門為 CAN總線增添了多個寄存器： （ 1）控制與狀態(tài)寄存器； （ 2）發(fā)送緩沖寄存器 ； （ 3）接收緩沖寄存器； （ 4）波特率控制寄存器； （ 5） I/O 控制寄存器； （ 6）中斷狀態(tài)與控制寄存器。 PIC18系列單片機中，有些型號包括有 CAN 總線功能模塊，如 PIC18F24 25448 等。對于使用 ADC 模塊有以下注意事項： （ 1）參考基準電壓 VREF對于采樣時間沒有任何影響； （ 2）在每次轉(zhuǎn)換完畢之后，電荷保持電容并沒有放電； （ 3）信號源的最大阻抗建議不超過 10KΩ，以便滿足由引腳上的漏電流引起的最大誤差不會超過所允許的范圍； （ 4）在轉(zhuǎn)換完成之后，下一次采樣重新開始之前，必須加入 2TAD的等待時間 。在模擬輸入通道被選中和切換之后，必須在進行轉(zhuǎn)換之前保留一段足夠的時間完成采樣。這類技術(shù)的廣泛應用適應了單片機朝著普及化、專業(yè)化、系統(tǒng)化的發(fā)展潮流。 模擬輸入采集是任何數(shù)字系統(tǒng)必不可 少的組成部分，是對模擬信號進行數(shù)字信號處理的第一步，其采集精度直接影響到系統(tǒng)的精度。 A/D 轉(zhuǎn)換器 PICl8F458 具有 12個通道 10位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其作用是將外部的各種模擬物理 量變換為便于單片 機內(nèi) 部處理的數(shù)字量。當定時達到后中斷標志被置位，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)進入中斷響應 。在程序中可以根據(jù)這個標志做出不同的響應。 在編寫定時器程序時，有對應的兩種方式 ： 一種方式是使用查詢方式，讓 CPU 定時 TMR0 寄存器寄存器的溢出標志位，根據(jù)其狀態(tài)做出不同的響應。 具體分析： 相同點：它們的核心部分都是一個由時鐘觸發(fā)的、 按規(guī)律遞增工作的規(guī)律循環(huán)計數(shù)器；都是從預先設定的某一初始值開始計起，累加到最大 值時產(chǎn)生溢出，同時會建立一個相應的溢出標志（即中斷溢出標志位），編程方法也大同小異。 本設計主要用到 RB2(CANTX)、 RB3(CANRX)作為 CAN總線的發(fā)送和接收端， RA0作為模擬信號輸入端， RC0～ RC RD0～ RD7作為并行輸出端， RA1～ RA RB4～ RA7作為片選 輸出端 。由于該芯片內(nèi)含 32Kb自編程增強型閃存、 10 位 A/D轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)部 EEPROM 存儲器、比較輸出、捕捉輸入、 PWM輸出、定時 /計數(shù)器、主同步串行端口、可尋址的通用同步，異步收發(fā)器、 FLASH程序存儲器讀寫等許多功能，因此能夠滿足需求，能實現(xiàn)路面加速加載設備系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所需的各種功能。 I/O 端口模塊 根據(jù)設計要求和現(xiàn)有的條件選用 PIC系列單片機的中 16位 RISC指令集， FLASH程序存儲器的高級產(chǎn)品 PICl8F458。 (3)各模塊特性 ① Timer0：帶有預分頻器的 16 位定時器 /計數(shù)器； ② Timerl：帶有預分頻器的 16位定時器 /計數(shù)器，使用外部晶體振蕩時鐘時，在 sleep 期間仍能工作； ③ Timer2：帶有 8 位周期寄存器，預分頻器和后分頻器的 8 位定時器 /計數(shù)器； ④ 10 位 8 信道模 /數(shù)轉(zhuǎn)換模塊； ⑤符合國際標準 ISOCAN，高達 1 兆 的通信速率。 ③ I/O 輸入輸出引腳 RA～ RE均為輸入輸出可編程雙向端口，大部分有第二功能，少數(shù)有第三功能。在晶體振蕩器方式下，接晶體或陶瓷振蕩器，在 RC 振蕩器方式，輸出 l/4fose。 其中單片機 PIC18F458 片內(nèi)集成的可尋址的通用同步 /異步收發(fā)器 (USART)模塊和 CAN 控制模塊可以方便地實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通訊功能，具有很好的應用前景，其主要功能包括： ① 1536 字節(jié)的 RAM； 山東交通學院畢業(yè)論文（設計） 11 ② 32Kb 的 FLASH，其中 lKb 可專用于 USB 緩沖區(qū) ； ③ 256 字節(jié) EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器 ； ④ 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，精確度高，配備多達 13 條輸入通道 ； ⑤ 兩個模擬比較器 ； ⑥ 具備 16 位數(shù)據(jù)捕捉和分辨率的捕捉 /比較 /PWM 模塊 ； ⑦ 增強型捕捉，比較 /PWM 模塊，有死區(qū)控制和故障保護輸入 ； ⑧ 4 個定時器 (3 個 16 位， 1 個 8 位 )； ⑨ 可編程欠壓復位及低電壓檢測電路 ； ⑩ 增強型在線調(diào)試功能，最多可加入三個硬件斷點 。 主要有 PICl8F24PICl8F25 PICl8F44 PICl8F458 這四款型號，采用雙列直插和表面封裝等 3 種封裝形式： PDIP PLCC44 和 QFP44。 待 機模式： 如果把 RS與高電平相連，器件就被置為待機模式，即休眠模式。由于電流主要取決于斜率控制電阻 REXT 阻 值，所以可以選用不同的阻值來實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)換率。 斜率，也稱為轉(zhuǎn)換率 (slew rate， SR)，受 RS 和 VOL(通常接地 )之間的外接電阻 (Rext)控制。在這個模式下，發(fā)送