【正文】 P－ 51 內(nèi)核，峰值速度可達 25MIPS，并且還有硬件實現(xiàn)的 UART 串行接口和完全支持 和 的 CAN 控制器 。 溫度傳感器 電壓隔離采樣電路 單片機C8051F040 信號放大放大 電壓變換 CAN 收發(fā)器 CAN BUS CAN 收發(fā)器 光電隔離 CAN 控制器 單 片 機 AT89C52 LED顯示 鍵盤 本科生畢業(yè)設計（論文） 14 芯片的選擇 1． 單片機 本次設計用到兩個單片機： C8051F040 和 AT89C52。 （ 5）向 SJA1000 的發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)時，一定要檢查發(fā)送緩沖區(qū)是否處于鎖定狀態(tài)，如鎖定，這時寫入的數(shù)據(jù)將丟失。對SJA1000 的初始化只能在 SJA1000 的復位模式下進行。 （ 3）微處理器可以通過中斷和查詢的方式來訪問 SJA1000。 其次要注意 SJA1000 的片選地址應與其它的外部寄存器無沖突，還應注意 SJA1000 的復位電路應為低電平有效。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖 所示。 CAN 控制器通過信息幀中的標識符來進行仲裁，標識符數(shù)值最小的 CAN 控制器具有對總線的優(yōu)先使用權(quán)。要求系統(tǒng)的軟硬件能夠協(xié)同工作實現(xiàn)功能。為了延長蓄電池的壽命，必須避免過充電或過放電，并且能顯示電 監(jiān) 測各單體蓄電池的工作電壓和溫度，降低蓄電池組各單體蓄電池的不均衡性，并且能通過 CAN 總線與車用動力總控制器通訊，將蓄電池組的溫度、電壓等參數(shù)實時傳給動力總控制器。 本系統(tǒng)就是要用 CAN 總線技術(shù)來實現(xiàn) 。 本次設計 以 單片機為核心，設計了一種高精度、低價格的電池管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電動汽車多組蓄電池組的溫度和電壓的實時 監(jiān)測。 電動汽車已成為未來汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢 ,有效合理的電池管理系統(tǒng)能夠最優(yōu)的利用有限的電池能量 ,最大化的延長電池生命周期。使用 CAN 總線就可以很簡單的將這些信號采集單元組成網(wǎng)絡，從而共享數(shù)據(jù)。 本科生畢業(yè)設計（論文） 12 第 3章 總體設計方案 系統(tǒng) 功能描述 在汽車中，有很多信號的采集。即 如果滿足以下方程的描述，則被接收： ﹛﹙ — ﹚ =﹙ — ﹚﹜ ∨ ﹙ — ﹚ ≡11111111 13．接收屏蔽寄存器（ AMR） CAN地址 5 如果復位請求位置高（當前），這個寄存器可以被訪問（讀 /寫）。收中斷使能位置高（使能）接收中斷置高（產(chǎn)生中斷）。當信息被正確的接收完畢，就會： 12．接收代碼寄存器（ ACR） CAN地址 4 復位請求位被置高（當前）時，這個寄存器是可以訪問的。接收過濾器通過 接收代碼寄存器和接收屏蔽寄存器來定義。接收緩沖器的內(nèi)容是本節(jié)點有效接收的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)溢出發(fā)生時，己部分寫入 RXFIFO 的當前信息將被刪除。在任何情況下， FIFO 中可以存儲的信息數(shù)取決于各條信息的長度。 識別碼、遠程發(fā)送請求位和數(shù) 據(jù)長度碼同發(fā)送緩沖器的相同，只不過是在地 本科生畢業(yè)設計（論文） 11 址 20～ 29。 10．接收緩沖器 接收緩沖器的全部列表和發(fā)送緩沖器類似。發(fā)送的第一位是地址 12單元的數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位。它的各位由用戶填寫?？傊?，數(shù)據(jù)長度碼必須正確設置以避免兩個 CAN 控制器用同樣的識別機制啟動遠程結(jié)構(gòu)傳送而發(fā) 生總線錯誤。在遠程結(jié)構(gòu)傳送中，因為 RTR 被置位數(shù)據(jù)長度碼是不被考慮的。 如果 RTR 位沒有被置位，數(shù)據(jù)將以數(shù)據(jù)長度碼規(guī)定的長度來傳送。 7．遠程發(fā)送請求（ RTR） 如果此位是“ 1”，總線將以遠程結(jié)構(gòu)發(fā)送數(shù)據(jù)，這意味著此段中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)。識別碼 的值越低，其優(yōu)先級越高。識別碼就像信息的名字。 6．識別碼（ ID） 識別碼有 11 位（ ～ ）。寄存器在被控制器讀過之后，所有會導致 INT 引腳上的電平漂移的位被復位。 5．中斷寄存器（ IR）： CAN 地址 3 中斷寄存器允許中斷源的識別。 4．狀態(tài)寄存器（ SR）： CAN 地址 2 狀態(tài)寄存器內(nèi)容 反映了 SJA1000 的狀態(tài)。命令寄存器對微控制器來說是只寫存儲器，用戶可以對之進行操作。這些位可以被微控制器設置或復位，用戶可以對控制寄存器進行讀 /寫操作。正常操作中使用這個寄存器會導致設備不可意料的結(jié)果。被發(fā)送的報文必須被寫入發(fā)送節(jié)點的發(fā)送緩沖器，接收節(jié)點成功接收后，微控制器可從接收節(jié)點的接收緩沖器讀取報文，然后釋放它，準備下次用。 BasicCAN 功能說明 1．地址分配 SJA1000 的地址域由控制段和報文緩沖器組成。 CAN控制器主要由實現(xiàn) CAN總線協(xié)議部分和微控制器接口部分組成。如果其間由其它站引起一次發(fā)送，則本節(jié)點將變?yōu)閳笪慕邮掌?。此時，總線是開放的，因此任何需要發(fā)送的站均可訪問總線。間歇期間，不允許啟動發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠程幀。對于非“錯誤認可”的接收器，其幀間空間如圖 ；對于“錯誤認可”節(jié)點，其幀間空間如圖 所示。 （ 5） 幀間空間 數(shù)據(jù)幀和遠程幀同前面的幀相同，不管是何種幀（數(shù)據(jù)幀、遠程幀、出錯幀或超載幀）均被稱為幀間空間的位場分開。 以上錯誤 幀的位填充由節(jié)點硬件自動控制。錯誤標志發(fā)送后，每個站都送出“ 1”，并監(jiān)視總線，直到檢測到“ 1”。該錯誤認可站以發(fā)送出認可錯誤標志為起點，當檢測到總線上有 6個相同的連續(xù)位后，認可錯誤標志即告完成。該序列的總長度在最小值 6和最大值 12 位之間變化。同理，其它節(jié)點若同樣也檢測到出錯條件，則也發(fā)送出錯標志。 數(shù)據(jù)幀 出錯幀 錯誤標志 幀間空間 或超載幀 錯誤疊加標志 錯誤界定符 圖 出錯幀組成 幀間空間 遠程幀 幀間空間 或超載幀 幀起始 仲裁場 控制場 CRC場 ACK場 幀結(jié)束 圖 遠程幀組成 本科生畢業(yè)設計（論文） 8 錯誤標志具有兩種形式，一種是活動錯誤標志（ active error flag），一種是認可錯誤標志（ Passive error flag），活動錯誤標志由“ 000000”組成，而認可錯誤標志由“ 111111”組成。 （ 3） 出錯幀 出錯幀由兩個不同場組成，第一個場由來自各站的錯誤標志疊加得到，后隨的第二個場是出錯界定符。 DLC 的數(shù)據(jù)值是獨立的，它可以是 0～ 8 中的任何數(shù)值。遠程幀由 6 個不同分位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、 CRC 場、應答場和幀結(jié)束。這也由硬件來自動填充。應答場的位填充由硬件自動確定。同理，所有正確地接收到有效報文的節(jié)點，通過在應答間隙內(nèi)把“ 0”位寫入應答場的 ACK 間隙的“ 1”位來報告。 CRC場 ACK場 CRC序列 CRC界定符 圖 CRC場結(jié)構(gòu) CRC場 ACK場 幀結(jié)束 ACK間隙 ACK界定符 圖 應答場組成 表 數(shù)據(jù)長度碼中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目 本科生畢業(yè)設計（論文） 7 在應答場中，發(fā)送器送出“ 1 1”，即發(fā)送時 ACK 間隙是“ 1”位，且 ACK界定符也是“ 1”位。 CRC 界定符必須為“ 1”。為實現(xiàn) CRC計算，被除的多項式系數(shù)由包括幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場在內(nèi)的位給出，其 15個最低位的系數(shù)為 0。 ⑤ CRC 場包括 CRC 序列，后隨 CRC 界定符。 幀間空間 仲 裁場 控制場 標識符 RTR位 幀起始 控制場 仲裁場 數(shù)據(jù)場或 CRC場 R1 R0 DLC3 DLC2 DLC1 DLC0 保留位 數(shù)據(jù)長度碼 幀間空間 數(shù)據(jù)幀 幀間空間 幀起始 仲裁場 控制場 數(shù)據(jù)場 CRC場 ACK場 幀結(jié)束 或幀超載 圖 數(shù)據(jù)幀組成 圖 仲裁場組成 圖 控制場組成 本科生畢業(yè)設計（論文） 6 數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目 數(shù)據(jù)長度碼 DLC3 DLC2 DLC1 DLC0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 ④ 數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括 0～ 8個字節(jié)，每個字節(jié) 8 位。 ③ 控制場由 6位組成，如圖 所示。 RTR 位為“ 0”代表是數(shù)據(jù)幀，為“ 1”代表遠程幀。仲裁場如圖 所示。所有節(jié)點都必須同步于首先開始發(fā)送的那個節(jié)點的幀起始前沿。 本科生畢業(yè)設計（論文） 5 ① 幀起始（ SOF）標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，它僅由一個“ 1”位構(gòu)成。 （ 1） 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由 7 個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、 CRC場、 ACK 場和幀結(jié)束。報文中的位流按照非歸零（ NRZ）碼方法編碼，這意味著一個完整位的位電平要么是“ 0”，要么“ l”。數(shù)據(jù)幀和遠程幀的其余位場采用固定格式，不進行填充。 構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和 CRC序列均借助位填充規(guī)則進行編碼。為了能同其它報文進行總線訪問競爭，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開始。對于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直未出錯，則對于發(fā)送器報文有效。如果一個單元不是報文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元為接收器。 2． 報文傳送及其幀結(jié)構(gòu) 在進行數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)出報文的單元稱為該報文的發(fā)送器。位定時特性也是 MAC 子層的一部分。 MAC 子層的功能主要是傳送規(guī)則，亦即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標定和故障界定。 LLC 子層的主要功能是：為數(shù)據(jù)傳送和遠程數(shù)據(jù)請求提供服務，確認由 LLC子層接收的報文實際已被接收，并為恢復管理和通知超載提供信息。 10． CAN 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點 本科生畢業(yè)設計（論文） 4 的操作不受影響。 8． CAN 每幀信息都有 CRC 校驗及其它檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 6． CAN 上的 節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達 110 個；報文標識符可達2032 種（ ）。 4． CAN 只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。 3． CAN 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。利用這一特點可方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng)。 CAN 屬于總線式串行通信網(wǎng)絡，由于其采用了許多新技術(shù)及獨特的設計，與一般的通信總線相比， CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其應用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機 床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。 本科生畢業(yè)設計（論文） 3 第 2章 CAN 總線原理 CAN 總線 CAN 的性能特點 CAN 總線即控制器局域網(wǎng)絡（ Controller Area Network）。 一方面 在實際應用中蓄電池的溫度和電壓是分組測試的，如果用同一個單 本科生畢業(yè)設計（論文） 2 片機進行數(shù)據(jù)處理和控 制的話，就不能實時 監(jiān)測 電池的工作溫度和電壓，降低了實用性 ；另一方面在實際生活中對蓄電池的監(jiān)測 是 多方面的，所以采用兩個單片機。因此，將156 個單體分成 2組，采集每組蓄電池組的電壓和溫度。為了更好的控制各個單體電池的均衡性，應該采集每個單體電池的電壓和溫度，但這樣會增加采集電路的成本，也不易于硬件設計。 此次 設計的蓄電池管理系統(tǒng)能實時的監(jiān)測蓄電池組在充放電過程中各組電池的電壓和 溫度 ，避免過放電，同時對各組電池進行定期自動監(jiān)測、診斷和維護，最 大 限度的提 高 蓄電池的壽命，通過 CAN 總線與其 它 控制器通訊。因電池在 充電和使用過程中無污染，應用在汽車上可實現(xiàn)零排放，有助于解決汽車造成的環(huán)境污染，并且可對電池反復多次充電，因此，純電動汽車和混合動力汽車成為世界各國研究的重點。 現(xiàn)代社會能源危機和生態(tài)環(huán)境的日益惡化，使人們認識到必須利用可再生的綠色能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一次性能源。 CAN 總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡，它采用多主方式，網(wǎng)絡上任意接點都可以主動向其他接點發(fā)送消息。 意義： 計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和大規(guī)模集成 電路技 術(shù)的飛速發(fā)展，促進了電子控制技術(shù)在汽車上的應用。 Online monitoring。 CAN munication interface circuit by the C8051F040 microcontroller embedded within the norms of the CAN controller to meet without extended CAN con