【正文】 41 所示 圖 41 智能 節(jié)點(diǎn) CAN 連接電路圖 CANRXDCANTXD 分別接微處理器的 44 號(hào)管腳 PA11CTS1CANRX 和 45 號(hào)管腳PA12RTS1CANTXCAN 報(bào)文收發(fā)時(shí) CPU 將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)然后設(shè)置寄存器將其發(fā)送命令數(shù)據(jù)要打包成報(bào)文形式通過(guò) 45 腳發(fā)送到 CAN 收發(fā)器在接收?qǐng)?bào)文時(shí)通過(guò) 44腳接收數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)一系列處理后通知 CPUCANH 和 CANL 分別為輸出高電位和地電位 S 腳可以設(shè)置收發(fā)器的模式此系統(tǒng)不接就是默認(rèn)為高速模式 LCD 顯示接口 為了方便下位機(jī)可以很好的人機(jī)交互連接 LCD模塊通過(guò) LCD屏可以看到當(dāng)前的溫度值具體電 路圖如圖 42 所示 其中 D0D1D2D3 分別連接微處理器的 41403938 管腳 DISPOFF 與 37 管腳連接FLMFRMR 分別連接 3635 管腳 CL1CL2 分別與 3433 連接 圖 42 LCD 顯示模塊 協(xié)議轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中 PC 的作用主要是監(jiān)控下位機(jī)智能節(jié)點(diǎn)的工作狀況發(fā)送溫度控制命令溫度采集顯示設(shè)置參數(shù)和數(shù)據(jù)分析等給以直觀的數(shù)據(jù)然而目前個(gè)人電腦上面主要有 RS232PCIUSB接口很少會(huì)提供 CAN通信模塊因此如果要實(shí)現(xiàn)兩者的通信就要在兩者之間架起一座橋梁也就是把 RS232接口轉(zhuǎn)換成 CAN接口它的作用就是將下位機(jī)采集來(lái)的 CAN 報(bào)文形式轉(zhuǎn)化為 PC 串口可以識(shí)別的位數(shù)據(jù)形式并實(shí)現(xiàn)CAN 報(bào)文和串口數(shù)據(jù)的發(fā)送接收其硬件構(gòu)成主要包括 C51 單片機(jī) CAN 控制器SJA1000CAN 收發(fā)器 82C250 和串口轉(zhuǎn)換器件 232 等 單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線對(duì) CAN控制器實(shí)行讀寫(xiě)操作實(shí)現(xiàn) CAN協(xié)議和串口協(xié)議的轉(zhuǎn)換 [7]由于 CAN 控制器 SJA1000 的總線驅(qū)動(dòng)能力有限在 CAN 控制器與物理總線之間需要接入收發(fā)器 82C250 作為收發(fā)芯片提供對(duì) CAN 總線的差動(dòng)發(fā)送和對(duì) CAN控制器的差動(dòng)接收該芯片具有傳輸速度快抗瞬間干擾和保護(hù)總線的能力并可通過(guò)管腳的接 地電阻控制脈沖斜率降低射頻干擾 82C250 作為 CAN 協(xié)議控制器和物理連接線路之間的接口可用高達(dá) 1Mbits 的位速率在兩條有差動(dòng)電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)很方便地連接并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的差動(dòng)發(fā)送和接收有較強(qiáng)的總線驅(qū)動(dòng)能力經(jīng)過(guò)它系統(tǒng)可向 CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收來(lái)自 CAN總線上的數(shù)據(jù)信息 232是電壓轉(zhuǎn)換芯片由于標(biāo)準(zhǔn) RS232電平很高達(dá)到正負(fù) 15V而常用的 TTL電平最高為5V 所以它的作用就是將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成可以和 PC 串口匹配的電壓這樣 CAN 控制器跟串口之間才可以安全的通信在信號(hào)輸出端加限流電阻濾波電容和反向過(guò)沖保護(hù)二 極管降低電磁輻射增強(qiáng)轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力和穩(wěn)定性原理框圖如圖 43 所示 圖 43 協(xié)議轉(zhuǎn)換器原理框圖 SJA1000是一款普遍用于工業(yè)環(huán)境和自動(dòng)化領(lǐng)域的 CAN控制器具有 CAN通信協(xié)議所要求的全部特性經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的總線連接就可完成 CAN 協(xié)議物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能 SJA1000 作為 CAN 的控制部分在與單片機(jī)連接時(shí)它的數(shù)據(jù)線AD0AD7 與單片機(jī)的輸入輸出管腳 P00P07 連接片選信號(hào) CS 接地低電壓允許訪問(wèn) RSTINTWRWDALE 管腳分別跟單片機(jī)的相應(yīng)管腳連接控制器的收發(fā)端 RX0TX0 分別接收發(fā)器的 RXDTXD引腳 由于 SJA1000的模式可以有 INTEL和 Motorloa兩種本設(shè)計(jì)中采用的是 INTEL 模式即把控制器的 Vdd1Vdd2Vdd3 連同 MODE 引腳接 5V 電壓控制器的 Vss1Vss2Vss3 與收發(fā)器的 Rs 引腳接地 42 上位機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)屏幕上顯示各種信號(hào)變化液壓水位溫度等是 PC 在工控領(lǐng)域很多情況下會(huì)存在 PC 機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)通信由于PC 機(jī)和單片機(jī)都有串口因此可以通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信串口的作用就是處理器跟串行設(shè)備之間進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換的微處理器發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)到串口后變成串行的 位數(shù)據(jù)在接收過(guò)程中正好相反把位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的串口一般為 RS232口有 9針和 25針兩種通常都是九針的 COM1那么在進(jìn)行通信時(shí)就需要在PC 端設(shè)計(jì)相應(yīng)的串口程序而 PC 上一般是應(yīng)用 Windows 系統(tǒng)因此就需要在Windows 環(huán)境下編寫(xiě)串口通信程序 [8]串口圖九針如圖 44 所示 圖 44 串口圖 其中 23腳分別為發(fā)送 TXD和接收 RXD 管腳 5腳為信號(hào)地一般這三個(gè)腳就可以完成收發(fā)功能了表 41 為具體管腳定義 表 41 串行口管腳定義表 序號(hào) 引腳定義 信號(hào)名稱(chēng) 功能 1 DCD 載波檢測(cè) 表示 DCE收到遠(yuǎn)程載波 2 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送串行數(shù)據(jù) 3 RXD 接收數(shù)據(jù) 接收串行數(shù)據(jù) 4 DTR 數(shù)據(jù)終端就緒 請(qǐng)求 DCE 將線路切換到發(fā)送方式 5 GND 信號(hào)地 公共信號(hào)地 6 DSR 數(shù)據(jù)設(shè)備就緒 通知 DTE 線路進(jìn)接通可以發(fā)送數(shù)據(jù) 7 RTS 請(qǐng)求發(fā)送 DCE 準(zhǔn)備好 8 CTS 允許發(fā)送 DTE 準(zhǔn)備好 9 RI 接通指示 表示 DCE 與線路接通 Windows 里串口是系統(tǒng)資源的一部分應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信首先要打開(kāi)串口申請(qǐng)資源通信完畢后要關(guān)閉串口釋放資源在系統(tǒng)函數(shù)中均包含支持通信中斷的功能而且系 統(tǒng)還為串口通信提供了輸入和輸出的緩沖區(qū)應(yīng)用程序只能對(duì)輸入輸出緩沖區(qū)進(jìn)行操作數(shù)據(jù)進(jìn)出串口都是由系統(tǒng)后臺(tái)操作的 43 小結(jié) 在本章中主要給出了上位機(jī)和下位機(jī)的連接設(shè)置即硬件的連接設(shè)計(jì)為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ) 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 51 下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) CAN 接口的軟件設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)用到 ARM 處理器 [9]所以用 Keil uVision4 編譯器進(jìn)行軟件的編譯設(shè)計(jì)它里面集成 C 編譯器宏匯編連接器庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 uVision 將這些部分組合在一起軟件語(yǔ)言應(yīng)用 C 語(yǔ)言[10]與其他語(yǔ)言相比它有著語(yǔ)言簡(jiǎn)潔運(yùn)算符豐富可以直接對(duì)硬件操作可移植性好的特點(diǎn)在 Keil中生成 hex文件也就是程序通過(guò)編譯后生成的 16進(jìn)制代碼文件再用 Jlink 下載線通過(guò) STCISP V391 軟件下載到 ARM 里運(yùn)行 軟件設(shè)計(jì)主要包括 CAN初始化報(bào)文的發(fā)送報(bào)文的接收 CAN初始化最重要的是設(shè)置 CAN 的波特率要根據(jù)具體的實(shí)際情況而定通常情況下 1Mbps 可以最遠(yuǎn)傳送40米的距離一般波特率的設(shè)置會(huì)用到 PCK1時(shí)鐘它可以通過(guò)測(cè) CANTX引腳上面的波形得出 圖 51 CAN 初始化流程圖 1CAN 初始化 初始化程序包括 對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘 RCC 配置中斷向量控制器 NVIC 配置輸入輸出 GPIO 設(shè)置同步異步收發(fā)端 USART 配置和 CAN配置其中最重要的是對(duì) CAN的設(shè)置CAN_Configuration 函數(shù)主要就是用來(lái)對(duì) CAN 寄存器內(nèi)核工作模式濾波器進(jìn)行設(shè)置具體流程圖如圖 51 所示 2CAN 發(fā)送函數(shù) CAN發(fā)送函數(shù)主要包括選擇一個(gè)空的郵箱設(shè)置 IDDLC所要傳送的消息幀長(zhǎng)度設(shè)置請(qǐng)求發(fā)送部分代碼如下其流程圖如圖 52 所示 圖 52 CAN 發(fā)送函數(shù)流程圖 圖 53 CAN 接收函數(shù)流程圖 3CAN 接收函數(shù) CAN 的 接收函數(shù)跟發(fā)送函數(shù)正好相反主要是在參數(shù)檢查完后進(jìn)行獲取 ID 得到 DLC 和 FMI 解析數(shù)據(jù)幀最后釋放 FIFO 其流程圖如圖 53 所示 轉(zhuǎn)換器的軟件設(shè)計(jì) 由于 CAN總線和 RS232工作在兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)且 CAN總線是基于數(shù)據(jù)塊編址的以報(bào)文為單位來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)的報(bào)文都有唯一的標(biāo)識(shí)符 ID 每一幀最多容納 8 個(gè)字節(jié) RS232 是以位數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行傳輸?shù)氖且环N串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)因此要實(shí)現(xiàn)兩者的通信必須進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換程序主要包括協(xié)議轉(zhuǎn)換 CAN函數(shù) RS232函數(shù)其中協(xié)議轉(zhuǎn)換可以使 RS232 到 CANCAN 到 RS232 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 CAN 函 數(shù)主要實(shí)現(xiàn)的是SJA1000 的初始化發(fā)送和接收數(shù)據(jù)其中韌始化主要包括設(shè)置工作方式接收濾波方式接收屏蔽寄存器接收代碼寄存器波特率設(shè)置和中斷允許寄存器發(fā)送函數(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)取出后封裝成報(bào)文格式送入緩沖區(qū)內(nèi)接收函數(shù)在緩沖區(qū)里讀數(shù)據(jù)并將其存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)里 RS232 函數(shù)實(shí)現(xiàn)了串口初始化接收發(fā)送函數(shù)及中斷函數(shù)串口工作在查詢(xún)模式 CAN 總線有數(shù)據(jù)時(shí)微處理器將其發(fā)送串口當(dāng)串口有數(shù)據(jù)時(shí)將其發(fā)送到 CAN 總線主程序流程圖如圖 54 所示 圖 54 協(xié)議轉(zhuǎn)換器主程序流程圖 要使轉(zhuǎn)接卡可以正常工作就要對(duì) CAN控制器 SJA1000初始化主要的 CAN控制器寄存器的控制字見(jiàn)附錄 在波特率的設(shè)置上在不進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)壓縮的前提下它的值就是每秒所傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)所以要保證本轉(zhuǎn)換器的設(shè)置跟下位機(jī)所有節(jié)點(diǎn)的設(shè)置是一樣的如果偏差很大則不能進(jìn)行通信 SJA1000 初始化流程圖如圖 55 所示 圖 55 CAN 控制器 SJA1000 初始化流程圖 圖 56 串口部分程序流程圖 在進(jìn)入復(fù)位模式后選擇 CAN 的 BasicCAN 模式設(shè)置代碼寄存器和屏蔽寄存器波特率輸出模式和時(shí)鐘分頻最后退出復(fù)位 在接收串口 數(shù)據(jù)時(shí)把由上位機(jī) PC 發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理數(shù)據(jù)是 ASCII 碼形式的需將其轉(zhuǎn)化為字節(jié)的形式 gethex 1 是將 2 個(gè) ASCII 碼轉(zhuǎn)為一個(gè)字節(jié) S 位是進(jìn)行 CAN 節(jié)點(diǎn) ID 和速度設(shè)置的其流程圖如圖 56 所示 52 上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 串口通信 Windows 提供串口通信有三種方法 1 使用串口通信控件針對(duì)串口通信 Microsoft 公司提供了 MSComm 控件使用控件串口通信是非常方便的設(shè)計(jì)人員不需要了解繁瑣的 API 函數(shù)到底是怎么運(yùn)作的通過(guò)簡(jiǎn)單的修改控件的屬性就可以實(shí)現(xiàn)串口的配置完成串口接收和發(fā)送功能 2 應(yīng)用 Windows的 API 應(yīng)用程序接口 Windows 中串口是以文件的形式被打開(kāi)和訪問(wèn)的串口和串口通信驅(qū)動(dòng)需要用到設(shè)備控制塊 Device Control BlockDCB進(jìn)行配置應(yīng)用程序使用 API 函數(shù)打開(kāi) CreateFile 打開(kāi)串口 ReadFile 讀取串口CreateEvent 建立事件對(duì)象和 CloseHandle 關(guān)閉串口 3使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是一些函數(shù)的集合開(kāi)發(fā)人員編制端口驅(qū)動(dòng)程序或使用第三方提供的 DLL 例程在函數(shù)工作是會(huì)鏈接到應(yīng)用程序而不是在編譯期間靜態(tài)的連接可執(zhí)行文件 Windows應(yīng)用程序大量使用 DLL其中包 括系統(tǒng)應(yīng)用程序的大量過(guò)程 在本論文中考慮到溫度傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小串口通信不是很復(fù)雜且開(kāi)發(fā)方便節(jié)省時(shí)間故而采用第一種方法 MSComm 控件 MSComm 控件作用就是用 ActiveX 控件簡(jiǎn)化 Windows 下串口編程可以提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口方便用戶(hù)通過(guò)串口接口到其他設(shè)備中 MSComm 控件串口編程的基本流程如圖 57 所示 圖 57 MSComm 控件開(kāi)發(fā)串口流程圖 MSComm 提供兩種處理通信問(wèn)題的方法 [11] 1事件驅(qū)動(dòng)法 MSComm中的 OnComm事件可以處理緩沖區(qū)里有字符的情況還可以檢查處理錯(cuò)誤程序編寫(xiě)時(shí)可以在事件處理函數(shù)中 添加自己的程序好處就是響應(yīng)迅速穩(wěn)定性好 2查詢(xún)方式它實(shí)際上也屬于事件驅(qū)動(dòng)根據(jù) CommEvent屬性值來(lái)查詢(xún)事件錯(cuò)誤這在某種時(shí)候會(huì)比較簡(jiǎn)捷 本文在溫控系統(tǒng)的 PC 機(jī)上研究串口通信并應(yīng)用 MFC 開(kāi)發(fā)可視化界面用于溫度的實(shí)時(shí)控制及其結(jié)果的呈現(xiàn)在串口通信方面采用 Microsoft 公司提供的ActiveX控件 MSComm來(lái)實(shí)現(xiàn)編程在整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中作為 MSComm控件所嵌入的對(duì)話框動(dòng)態(tài)溫度曲線是采用窗口的 View類(lèi)實(shí)現(xiàn)的在這里創(chuàng)建 MFC應(yīng)用程序 [12]來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度曲線的顯示對(duì)話框上的圖標(biāo)不可以加載到視圖 View 中但是 MSComm控件能夠加載到單文檔的 ABOUT 中在本文的界面里沒(méi)有顯示這樣就可以完成實(shí)現(xiàn)具體步驟如圖 58 所示 圖 58 本系統(tǒng) MSComm 控件加載圖 59 MF