基于单片机的CAN实验系统设计文档格式.doc
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基于单片机的CAN实验系统设计文档格式.doc
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摘要 3
前言 4
1总体设计方案 4
1.1设计任务 4
1.2总体CAN网络设计框图 5
1.3CAN节点结构 6
2系统的硬件设计 7
2.1电源模块设计 7
2.2单片机最小系统 8
2.3MAX232组成的单片机和PC机通信电路 9
2.4看门狗电路设计 10
2.5键盘输入电路模块 11
2.6显示电路模块 12
2.7扩展ROM功能模块 13
2.8CAN通信模块 13
3系统的软件设计 16
3.1CAN控制器初始化函数CANINI 16
3.2CAN接收函数CANREC 17
3.3CAN发送函数TDATA 17
3.4主程序流程图 18
3.5总程序清单 19
4总结 27
4.1结束语 27
4.2致谢 27
5英文摘要 28
参考文献:
28
符录一:
总电路图 29
摘要:
现场总线是自动化技术发展的热点,它的出现标志着工业控制技术领域进入了一个新时代。
本设计主要以AT89S51单片机为核心元件,再用SJA1000作为CAN的控制器和82C250作为CAN的收发器,从而组成CAN最小系统,完成CAN报文的发送和接收。
设计中还要求输入和输出功能,在此设计中输入设备由两个开关和一个八位拨码开关组成,两个按钮开关主要是用来控制CAN报文的发送和接收,八位拨码开关主要是完成CAN节点ID的输入,输出设备由一个7段LED数码管组成其功能是显示已发送CAN报文的个数。
关键词:
现场总线CAN总线单片机
前言
CAN(ControllerAreaNetwork)总线作为现场总线的一个分支,以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐。
CAN从最初的汽车行业发展为现在工业中必不可少的现场总线之一。
比如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中均嵌入了CAN控制装置。
控制局域网CAN为串行通信协议,能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。
CAN的应用范围很广,从高速的网络到低价位多路配线都可使用CAN。
在汽车的电子行业里,使用CAN连接发动机控制单元、传感器、防滑系统等,其传输速度可达1Mbps。
同时,可以将CAN安装在卡车本体的电子控制系统里,诸如车灯组、电气窗等,用以代替接线配线装置。
单片机的应用正在不断地走向深入,由于它具有功能强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便等特点,因此越来越广泛地应用各个领域。
AT89S51单片机上集成了控制及信号处理等所需要的几乎所有的模块,以其低功耗,端口可灵活配置,支持JTAG端口可在线调试等特点将广泛应用在工业控制、通信及可便携电子产品中。
本文将目前发展最为热的两个行业相结合,设计了一款以单片机为核心控制器件、基于CAN总线协议的实验开发板。
本实验开发板即适合学习单片机相关知识,也适合学习CAN总线,是一款初学电子设计者是最佳学习器件。
在系统设计中综合运用了本科期所学的各类知识,如低频电子线路、模拟电字电路、数字电子电路、单片机、计算机网络、Protel、程序的编写、电路的仿真调试、原理图的绘制和布线等专业知识。
我通过此毕业设计将本科所学的专业知识又重新复习了一遍,为以后走向工作岗位,完成用人单位交给我的任务打下了坚实的基础。
1总体设计方案
1.1设计任务
本课题要求应用所学的专业知识如模拟电子技术、数字电子技术、传感器、单片机等内容,完成基于单片机的CAN实验系统的硬件和软件的设计,硬件电路的搭建,硬件和软件的仿真与调试,实现检测、控制和显示功能。
本设计主要以AT89S51单片机为核心元件,再用SJA1000作为CAN的控制器和82C250作为CAN的收发器,从而组成CAN最小系统,完成CAN报文的发送和接收。
另外为了扩展AT89C51的ROM,本设计中用一片24C08EEPROM充当片外ROM以两加AT89S51的内存。
为了保证整个系统的可靠性本设计采用硬件看门狗电路来访止程序跑飞,其中硬件看门狗电路由一片DS1232来完成对单片机和CAN控制器SJA1000的复位工作。
设计任务还包括以下方面:
1、基于单片机的CAN实验系统的硬件电路设计;
2、基于单片机的CAN实验系统通信功能及部分实验项目的软件设计;
1.2总体CAN网络设计框图
本设计中CAN总线网络基本构成如下图1.2所示:
120Ω
CAN节点1
CAN节点2
CPU
PC
CAN控制器
CAN收发器
图1.2CAN网络基本结构
※传输线
●CAN总线网络中的传输线可以是普通明线、双绞线、同轴电缆和光纤,本设计中为了方便简单才用普通明线。
※终端电阻
●高频信号传输时,信号波长相对传输线较短,信号在传输线终端会形成反射波,干扰原信号,所以需要在传输线末端加终端电阻,使信号到达传输线末端后不反射。
※各部分作用说明
●PC机是用来与CPU通信,可以完成对CPU程序的烧写和数据的传输
●CPU是用来对CAN控制器的初始化和CAN通信过程的控制以及显示等功能
●CAN控制器是整个CAN网络的核心器件,主要用来完成CAN协议的解析、CAN报文的形成等一细系列复杂的工作。
●CAN收发器是将CAN报文转成差动电平发送到CAN总线上和从CAN总线上接收CAN报文传给CAN控制器。
1.3CAN节点结构
本设计中CAN系统节点的基本结构如图1.3所示:
图1.3CAN节点基本结构
※总体说明
●本设计主要由以下部分机构成:
微控制器89S51、CAN总线通信接口部分、CAN节点ID及按键输入部分、PC机通信部分、数码显示部分、EEPROM存储器等。
●CAN总线通信接口部分采用的CAN通信控制器为SJA1000,CAN总线驱动器为82C250。
为了使电路尽量简单,电路中没有采用光耦进行电气隔离。
SJA1000的AD0~AD7连接到89S51单片机的P0中,CS连接到89S51的P2.1,P2.1为0的CPU片外存储器地址可选中SJA1000,CPU通过这些地址对SJA1000执行相应的读/写操作。
SJA1000的RD、WR。
ALE分别与89S51的对应引脚相连,INT接89S51的INT0,89S51也可通过中断方式访问SJA1000。
●CAN节点ID输入电路部分由一片74LS244、一个8×
1K的排阻我一个8位拨动开关构成。
74LS244的驱动输出也与89S51的P0口相连,其2G引脚与89S51的P2.0脚相连。
CPU通过P0口可读入用户设定的CAN节点ID值,在实验系统中另设计了两个按键K1和K2,分别接在89S51的P1.6和P1.7上。
K1键启动点到点通信,按设定ID向指定节点发送一帧报文,K2键发送一帧广播报文,每个接收该报文均应返还该报文。
●实验系统数码显示部分由一片74LS164和一个,数码管所构成,可用于显示通信次数(或其它内容)。
24C08是容量为1KB的EEPROM芯片,可用于存储系统的初始化参数或用户自定义数据。
DS1232提供系统所需的高低电平复位信号。
2系统的硬件设计
2.1电源模块设计
本设技中的电源由220V交流电供给,经过降压、整流、滤波、稳压、滤波得到稳定的+5V电源。
总电路如图2.1所示:
图2.1电源模块电路
※供电
●整个电路由220V、50Hz市电供电,方便、价廉。
※降压
●220V、50Hz交流电通过10:
1的变压器达到降压的效果。
●图中电压表测量的是电压的有效值,。
●通过10:
1降压后理论上应得到峰值为22V的交流电压,实际中只得到峰值为的电压,这是由于变压器自身的阻抗所导致的。
※滤波
●C1为稳压器输入侧的滤波电容,其作用是将整流桥输出的直流脉动电压转换成纹波较小的直流电压。
C1滤波电容在工作中由充电和放电两部分组成。
为了取得比较好的滤波效果,要求电容的放电时间常数大于充电周期(3~5)倍。
对于桥式整流电路,电容的充电周期为交流电的半周期,放电时间常数为RLC,因此C1滤波电容值可以采用以下方法估算
C>
(3~5)T/2RL得到C1≈3300uF。
●C2、C3作用是减少纹波、消振、抑制高频脉冲干扰,可采用0.1~0.47uF的陶瓷电容。
●C4为稳压器输出侧滤波电容,起到减少纹波的作用,根据经验,一般电容值选取47~470uF。
※稳压
●7805为三端固定式稳压器,输出电压为+5V
●稳压器的输入电压V有一定的范围,V可由下式确定:
Vmin≤V≤Vmax
Vmin为稳压器的最小输入电压,Vmax为稳压器最大输入电压。
7805和Vmax分别为7.2V和35V。
※过流保护和电源指示
●FU1为熔断器,防止系统电流过大烧坏电路
●D1为发光二极管,起指示电源作用
●R1为限流电阻,保护LED不被烧坏
2.2单片机最小系统
整个系统的控制核心部分由一片AT89S51单片机组成,其最小系统如图2.2所示:
图2.2单片机最小系统
※单片机的选择
●AT89S51为ATMEL所生产的可电气烧录清洗的8051相容单芯片,其内部程序代码容量为4KBD的FLASH,市场上容易买到。
●AT89S51主要功能列举如下:
■为一般控制应用的8位单芯片
■晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至12MHz)
■内部程式存储器(ROM)为4KB
■内部数据存储器(RAM)为128B
■外部程序存储器可扩充至64KB
■外部数据存储器可扩充至64KB
■32条双向输入输出线,且每条均可以单独做I/O的控制
■5个中断向量源
■2组独立的16位定时器
■1个全多工串行通信端口
■8751及8752单芯片具有数据保密的功能
■单芯片提供位逻辑运算指令
※复位电路
●单片机最小系统中采用上电自动复位和手动复位相接合。
上电后由于电容的充电作用使单片机RSET引脚不会立即变成高电平,刚开始处于低电平状态完成复位工作,电容充电完成后RSET回到高电平,单片机正常工段。
或者人工手动按下复位开关也可完成复位
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- 基于 单片机 CAN 实验 系统 设计
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