【正文】 delayMS(1000)。對本次設(shè)計的電路和程序稍加改動就可以應(yīng)用到實際工控中，完成更加復(fù)雜的功能。需要在頭文件目錄中加入 ZLG7290 和 IIC 總線的 C 程序和頭文件。 本章小結(jié) 詳細介紹了硬件設(shè)計的原理，同時附上制作好的 PCB 圖，以便制作出實際的產(chǎn)品用于實際 應(yīng)用中。 6. 另外，在本系統(tǒng)中應(yīng)用到的芯片 X5045P 具有電源監(jiān)控、看門狗等功能，還同時輸出高低電平的復(fù)位信號，分別輸出到 AT89C51 和 SJA1000 的復(fù)位端，以滿足本次設(shè)計的要求 。當 CAN總線有較高的負電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護作用， 82C250 的Rs 腳上接一個斜率電阻。本設(shè)計中， 82C250 的 CANH 和 CANL 引腳與地之間并聯(lián)了兩個 30pf 的小電容可以基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 19 起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力 。其引腳 RS 用于選擇 82C250 的工作模式（高速、斜率或等待）。 2. SJA1000 的 TxD 和 RxD 并不是直接與 82C250 的 TxD 和 RxD 相連而是通過高速光耦合 6N137 后與 82C250 相連，這樣就可以很好的實現(xiàn)了總線上個 CAN 節(jié)點的電氣隔離，不過應(yīng)該特別說明一點的是光耦部分電路所采用的兩個電源 Vcc 和 Vdd必須完的時鐘信號接至 AT89C51 的時鐘電路輸入端，作為 AT89C51 的外部時鐘輸入，解決了時鐘同步問題。為了增強 CAN 總線節(jié)點的抗干擾能力。在實際中，應(yīng)注意以下幾個問題 1. SJA1000 的中斷請求信號 INT 在中斷允許且有中斷發(fā)生時，由高電來此跳變到低電平，所以 INT 和 AT0C51 的 INT0 直接相連。看門狗電路主要是實現(xiàn)對電路的監(jiān)控和復(fù)位作用。 硬件電路的設(shè)計主要是 CAN 通信控制器與微處理器之間和 CAN 總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路的設(shè)計。雙絞屏蔽線可設(shè)兩套，在兩套介質(zhì)上同時進行信息 傳輸，接收方只用一個介質(zhì)。采用 Philips 公司生產(chǎn)的 SJA1000 控制器和與其配套的 82C250CAN 收發(fā)器。 圖 光隔 電路 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 17 圖 收發(fā)電路 本章小結(jié) 對 CAN 收發(fā)電路進行了說明和設(shè)計，實現(xiàn) CAN 控制電路和外界物理 CAN 線路的連接。 收發(fā)電路設(shè)計 在 CAN 接口電路的設(shè)計中，控制器 SJA1000 和收發(fā)器 82C250 是設(shè)計的關(guān)鍵部分。在總線速度很高的情況下，收發(fā)器在準備模式，例如因為 Rs 引腳仍然為高，不可能正確地接收報文。這樣收發(fā)器就可以切換到普通傳輸模式。參考電壓輸出和基本的接收器功能仍然活動，但以非常低的功耗工作。例如汽車停車的時候要進入準備模式，收發(fā)器的控制輸入 Rs 上要基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 16 加一個邏輯高電平，這可以通過直接將一個 輸出端口引腳連接到 Rs 或通過任何合適的斜率控制電阻 Rext 來實現(xiàn)。系統(tǒng)的功耗在準備模式可被徹底減低。 準備模式 這個模式是在需要將功率消耗，譬如是暫時性的減到最低時使用。因此在給定的位速率下，總線長度減少或者說在給定的總線長度下位速率降低，斜率控制模式中總線輸出的轉(zhuǎn)換速度大致和流出引腳 Rs 的電流成比例。轉(zhuǎn)換速度可以通過連接在控制引腳 Rs 上的串連阻抗值 Rext 來調(diào)整。然而使用非屏蔽電纜意味著收發(fā)器要滿足額外的要求，譬如電磁兼容性 EMC 問題。當 Tamb85 時是 155ns。高速模式通過 VRsVcc 來選擇將 Rs 控制輸入直接連接到微控制器的輸出口或者地電平或者一個高電平有效的復(fù)位信號。用盡可能快的速度切換，因此，一般使用屏蔽的總線電纜來防止可能的擾動。 三種操作模式 高速模式 在這個模式中，適合執(zhí)行最大的位速率和最大的總線長度高速模式，通常用于普通的工業(yè)應(yīng)用。 IC 中的其它部分在使用中將保持不變，當總線短路的時候，熱保護非常需要這個。如果節(jié)點溫度超過大約 160 攝氏度，發(fā)送器限定的電流值輸出被降低 。這個器件對總線提供不同的發(fā)送能力和對 CAN 控制器提供不同的接收能力，完全和 ISO11898 標準兼容。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 15 第 6 章 收發(fā) 部分 82C250 82C250 是 CAN 協(xié)議控制器和物理總線的接口，這個器件對總線提供不同的發(fā)送能力和對 CAN 控制器提供不同的接收能力。 SJA1000 的 AD0~AD ALE、 /CS、 /RD、 /WR、 MODE、 /INT、 /RST 分別接單片機的 PO 口、 /ALE、 、 、 、 、 和 。同時還提供了通訊接口用于和微機芯片進行通信，通過串行通信實現(xiàn) CAN 信號的微機基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 14 處理程序 [8]。而且，它增加了一種新的工作模式（ PeliCAN） 。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 13 第 5 章 控制電路 部分 SJA1000 SJA1000 是一 種獨立控制器，用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制（ CAN）。 ZLG7290 集成了 LED 顯示驅(qū)動和矩陣鍵盤 的按鍵功能，可以同時驅(qū)動 8 個 LED 和 64 個矩陣按鍵，采用總線方式連接鍵盤和 4LED 封裝器件，ZLG7290 的 SDA、 SCL、 /INT 和 /RES 分別接單片機的 、 、 和 。寄存器映象控制和命令解釋控制。 ZLG7290 的從地址為 70H，器件內(nèi)部通過 I2C 總線訪問的寄存器地址范圍為 00H~17H，每個寄存器都可按字節(jié)直接讀寫，并支持自動增址功能和地址翻轉(zhuǎn)功能 [7]。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 11 第 4 章 顯示部分 ZLG7290 ZLG7290 是一種 I2C 接口鍵盤及 LED 驅(qū)動管理器件，提 供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán)、移位、段尋址等控制。對于不用到的引腳，可以直接和地相連。數(shù)據(jù)的輸入 /輸出都是高位在先。 SCK 是外部輸入的同步時鐘信號。 電路設(shè)計 X5045P 在本設(shè)計中做為復(fù)位、監(jiān)控電路使用，簡化了電路的連接，同時 增加了電路的可靠性，是系統(tǒng)中不可缺少的部分。在對芯片定改指令或數(shù)據(jù)時，時鐘前沿將SI 引腳信號輸入；在讀郵數(shù)據(jù)時，時鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到 SO 引腳上。 對 X5045P 的操作是通過 4 根口線 CS、 SCK、 SI 和 SO 進行同步串行通信來完成的。包括： WP 寫保護引腳，當引腳被拉低時，內(nèi)部存儲單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入；存儲區(qū)域?qū)懕Ｗo模式，通過對狀態(tài)寄存器的 BL BL0 位的設(shè)置 ，可以選擇對不同的存儲區(qū)域進行寫保護；在進行任何寫操作前都必須打開寫使能開關(guān)，而且在上電初始化寫操作完成時，寫使能開關(guān)自動關(guān)閉。芯片內(nèi)含 512 字節(jié)存儲單元， 10 萬次可靠寫，數(shù)據(jù)保持時間 100 年。對看門狗的復(fù)位由 CS 輸入電平的下降沿完成。 （ 3）看門狗定時器。 VTRIP的出廠值根據(jù)芯片型號不同共有 5 個級別的電壓范圍。 （ 2）電源電壓監(jiān)控。 X5045P 芯片功能包括以下 4 種： （ 1）上電復(fù)位控制。這種組合降低了系統(tǒng)成本、減少了電路板空間和增加了可靠性。本次設(shè)計中，使用可靠性高、使用范圍廣、易于在公開市場上采購到的 X5045 集成元件 。 MCS51 單片機的時鐘可由兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 時鐘電路 單片機系統(tǒng)中的各個部分是在一個統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下有序地進行工作，時鐘電路是單片機系統(tǒng)最基本、最重要的電路。 對于 MCS51 單片機，其內(nèi)部已經(jīng)包含了一定數(shù)量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，在外部只要增加時鐘電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 6 第 3 章 單片機最小系統(tǒng) 部分 最小系統(tǒng)介紹 單片機最小系統(tǒng)就是能使單片機工作的最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)。而 82C250 可以支持 110 個 CAN 節(jié)點，并且國內(nèi)市場上 PHILIPS 的產(chǎn)品型號比較多，購買比較方便。 目前廣泛流行的 CAN 總線器件有兩大類：一類是獨立的 CAN 控制器，如82C200、 SJA1000 及 Intel82526/82527 等，另一類是帶有在片 CAN 的微控制器，如P8XC582 及 16 位微控制器 87C196CA/CB 等。 CAN 通信控制器是 CAN 總線接口電路的核心，主要完成 CAN 的通信協(xié)議，而 CAN 總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾（ RFI），實現(xiàn)熱防護等。在冗余和非冗余段的連接臨界點處進行總線切換。按照 CAN 總線物理層協(xié)議選擇總線介質(zhì)，設(shè)計布線方案，連接成 CAN 網(wǎng)絡(luò)。 總體設(shè)計 CAN 總線接口電路主要包括：單片機最小系統(tǒng)、控制器接口、總線收發(fā)器、看基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 4 門狗電路和顯示電路等。 CAN 的直接通信距離最遠可達 10km（速率 5kbps以下）；通信速率最高可達 21Mbps(此時通信距離最長為 40m)。 CAN 主要技術(shù)特點 CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點不分主從，任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，通信方式靈活，利用這一特點可方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng) [6]。 ID 控制節(jié)點對總線的訪問。 CAN 總線上的各個協(xié)點都可主動發(fā)送數(shù)據(jù)。傳送層功能包括：數(shù)據(jù)幀組織：總線仲裁：檢錯、錯誤報告、錯誤處理。其中目標層和傳送層包括了 ISO/OSI定義的數(shù)據(jù)鏈路的所有功能 [5]。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域， CAN 也得到了廣泛的應(yīng)用。目前 CAN 總線主要用于汽車自動化領(lǐng)域，如發(fā)動機自動點火、注油、復(fù)雜的加速剎車控制（ ASC）、抗鎖定剎車系統(tǒng)（ ABS）和抗滑系統(tǒng)等。 CAN 是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，最初由德國 Bosch 公司 80 年代用于汽車內(nèi)部測試和控 制儀器之間的數(shù)據(jù)通信。如線路保護、接地保護、變壓器保護等保護的有關(guān)問題及其設(shè)備元件的選擇。 本章小結(jié) 本次設(shè)計不僅僅在于完成本人的畢業(yè)設(shè)計，對于中國船舶控制行業(yè)未來的主流控制趨勢也有很好的前瞻性，為相關(guān)從業(yè)人員提供很好的范例。文字的詳細敘述使內(nèi)容豐富，而圖紙則一目了然。選定題目后，應(yīng)再有針對性地查閱一些資料，最后對所有收集的資料進行整理。資料準備主要通過查閱（包括上網(wǎng)查問）文獻資料和參加生產(chǎn)實習兩條渠道進行。因此設(shè)計的電路無法直接應(yīng)用于實際電路中，應(yīng)稍加改動。 以上是理論知識的體現(xiàn)而更重要的是在設(shè)計中培養(yǎng)自己運用所學的知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新精神，增強工程觀，在設(shè)計過程中主要立足于應(yīng)用所學基本理論和專業(yè)知識，大膽地運用新理論、新技術(shù)去分析解 決實際問題，以便更好地適應(yīng)工作的需要。 再次：選擇顯示電路的芯片元件。在設(shè)計伊始，為了更加明晰船舶羅經(jīng)的工作原理，我用了一周的時間專程去了錦州航星集團，在有關(guān)技術(shù)人員的指導(dǎo)下，對船用控制儀器儀表有了一個大致的了解，對船舶控制所涉及到的原理有了概念式的認識，對船舶羅經(jīng)的工作原理有了比較深入的掌握，并把所設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容做了整體的記錄，參觀過程中通過技術(shù)人員基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計 2 的指導(dǎo)和結(jié)合自身的實際情況，對本次設(shè)計按照如下步驟進行： 首先：依照 AT89C51 的特點，添加看門狗元件 X5045，構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，實現(xiàn)上電復(fù)位控制、電源電壓監(jiān)控、看門狗定時器的功能。因此， FCS 系統(tǒng)能應(yīng)用于船舶控制已經(jīng)在業(yè)界達成了廣泛的共識。 由于海上的環(huán)境復(fù)雜，對儀器的要求較高，且船上的空間寶貴，因此雖然 CAN通信已經(jīng)應(yīng)用于陸上的很多設(shè)備中，技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但仍然未應(yīng)用于船舶通信中。用戶不需要熟悉NMEA2021 協(xié)議，只需集中注意力在創(chuàng)建仿真模型的實現(xiàn)或者數(shù)據(jù)分析。在設(shè)計階段創(chuàng)建的模型可以在以其他形式不斷的重復(fù)利用。 NMEA2021 是國家航海電子聯(lián)合會（ NMEA）在 J1939 基礎(chǔ)上提出的航海應(yīng)用中控制單元間進行數(shù)據(jù)交換的通訊協(xié)議 [3]。 BENZ、 BMW 等著名汽車上已經(jīng)采用 CAN 來滿足上述功能。目前 CAN 總線規(guī)范已被國際標準化組織 ISO 制訂為國際標準ISO11898，并得到了 Motorola， Intel， Philips 等大半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的支持，迅速推出各種集 成有 CAN 協(xié)議的產(chǎn)品 [2]。尤其是 20 世紀 60 年代末，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的日益提高及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對工業(yè)控制器的要求也越來越高。如何能夠使控制系統(tǒng)趨向小型化、功能多樣化、支持 GM10，成為了實際應(yīng)用中的重要課題。the design of the circuit by 82C250,the transceiver of the CAN munication。 關(guān)鍵詞： CAN 總線；控制器；收發(fā)器 II ABSTRACT Nowadays study on the munication of pass is increasingly attract the attention of national experts an