基于can总线八路开关量输入模块设计Word文档格式.docx
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机电工程系
06测控技术与仪器
(1)班
系别:
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班级:
姓 名:
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指导教师:
______________________
2010年6月8日
摘要
开关量属于数字信号的一种,现代工农业和生活商业场所需要处理大量的开关量信号,如楼宇智能安全监控,运转机械的轴温,轴振动监测,江河汛期水位的报警信号,电动机的开停等等。
本文在分析了CAN总线工艺和工作原理的基础上,设计了八路开关量输入模块系统,重点介绍了CAN总线智能节点程序硬件的的设计,使模块实现设计目的性能可靠。
开关量信号由单片机P2口输入,CAN总线系统智能节点电路主要由四部分构成:
微控制器89C51、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器82C250和高速光电耦合器6N137。
微处理器89C51负责SJA1000的初始化,通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。
SJA1000的AD0~AD7连接到89C51的P0口。
CS连接到89C51的P1.6,P1.6为0的CPU片外存储器地址可选中SJA1000,CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读写操作。
SJA1000的RD、WR、ALE分别与89C51的对应引脚相连,INT接89C51的INT0。
89C51也可通过中断方式访问SJA1000。
本文所述的研究工作对CAN总线八路开关量输入模块的工作过程作了详细阐述,分析了CAN总线八路开关量输入模块工作原理,完成了系统硬件和软件的设计。
其中硬件设计主要包括主要电气元件的选型、元件之间的通讯连接等。
软件设计主要包括CAN初始化程序,CAN中断程序,数据收发程序等、电气接线图的绘制以及仿真画面的实现。
关键词:
CAN总线开关量信号微控制器AT89C51
CANbusbasedeight-waydigitalinputmoduledesign
Abstract
Binarydigitalsignalisakindofmodernindustryandagricultureandlivingplacesofbusinesstodealwithalargenumberofbinarysignals,suchasbuildingintelligentsafetymonitoring,operatingmachinery,axletemperature,shaftvibrationmonitoring,riverfloodwaterlevelofthealarmsignal,themotoropenStopandsoon.BasedontheanalysisoftheCAN-bustechnologyandtheworkingprinciple,thedesignoftheeight-waydigitalinputmodulesystem,focusingontheCANbusintelligentnodehardwaredesignprocess,sothatthemoduleisdesignedtoachievereliableperformance.
SwitchsignalinputportP2bytheMCU,CANbussystemintelligentnodecircuitmainlyconsistsoffourparts:
micro-controller89C51,independentCANcommunicationcontrollerSJA1000,CANbustransceiver82C250andhigh-speedoptocoupler6N137.89C51microprocessorisresponsiblefortheinitializationofSJA1000,SJA1000achievedbycontrollingthereceiveandtransmitdatasuchascommunicationtask.
SJA1000,AD0~AD7theP0porttoconnecttothe89C51.CSconnectedtothe89C51oftheP1.6,P1.6to0CPUchipmemoryaddressoptionalintheSJA1000,CPUSJA1000theseaddressescanperformtheappropriatereadandwriteoperations.SJA1000,RD,WR,ALEand89C51wereconnectedtothecorrespondingpin,INT89C51thentheINT0.89C51canalsobeinterruptedaccessSJA1000.
ResearchdescribedinthisarticleontheCANbuseight-wayswitchinputmoduleoftheworkingprocesswerediscussedindetail,analyzestheCANbuseight-waydigitalinputmoduleworks,thecompletionofthesystemhardwareandsoftwaredesign.Hardwaredesignwhichincludesthemainelectricalcomponentsoftheselection,thecommunicationconnectionsbetweencomponents.
SoftwaredesignincludesinitializationCAN,CANinterruptprocess,procedures,datatransceivers,electricalwiringdiagramoftherealizationandthesimulationscreen.
Keywords:
CANbusswitchsignalmicrocontrollerAT89C51
1绪论
1.1课题背景
在80年代中期,为了满足不同自动化领域的应用需求,出现了拥有不同技术特点的现场总线。
每一种现场总线都有自己的应用领域,并且都力图拓展其应用领域,以扩张其技术垄断范围。
但控制器局部网(CAN-CONTROLLERAREANETWORK)是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网,由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。
控制器局部网将在我国迅速普及推广。
随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展,工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支,并取得了巨大进步。
由于对系统可靠性和灵活性的高要求,工业控制系统的发展主要表现为:
控制面向多元化,系统面向分散化,即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。
分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。
这类系统是以微型机为核心,将5C技术--COMPUTER(计算机技术)、CONTROL(自动控制技术)、COMMUNICATION(通信技术)、CRT(显示技术)和CHANGE(转换技术)紧密结合的产物。
它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面,较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。
同时,正由于现场总线的标准尚未统一,也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥,并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。
控制器局部网CAN(CONTROLLERAERANETWORK)正是在这种背景下应运而生的。
CAN(ControllerAreaNetwork)总线,又称控制器局域网,是Bosch公司在现代汽车技术中领先推出的一种多主机局域网。
由于其卓越的性能,极高的可靠性,独特灵活的设计和低廉的价格,现已广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域。
CAN已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
CAN总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准。
CAN协议也是建立在国际标准组的开放系统互联参考模型基础上的,主要工作在数据链路层和物理层。
用户可在其基础上开发适合系统实际需要的应用层通信协议,但由于CAN总线极高的可靠性,从而使应用层通信协议得以大大简化。
1.2CAN总线技术概述
1.2.1CAN总线开关量输入模块技术背景及其技术优点
测控系统中常应用各种按键.继电器和无触点开关来大量处理开关量信号。
另外现代工业生产中多实现自动化生产,在集散控制系统中需要处理大量的开关信号,例如监测温度,轴震动,位移等各种报警信号。
现代楼宇中的各种安全监控报警等。
实现如此多而又不可忽略的开关量信号,一般需要用到现场总线,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高、传输距离远、传输速率快、有较强的抗电磁干扰能力,等诸多特点的一种已形成国际应用最广泛的标准现场总线。
这些也是目前CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。
1.2.2CAN总线智能节点技术原理
CAN总线系统智能节点电路主要由四部分构成:
为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,SJA1000的TX0和RX0并不是直接与82C250的TXD和RXD相连,而是通过高速光耦6N137后与82C250相连,这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。
不过,应该特别说明的一点是光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离,否则采用光耦也就失去了意义。
电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现。
这些部分虽然增益了节点的复杂程序,但是却提高了节点的稳定性和安全性。
82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。
82CF250的CANH和CAHL引脚各自通过1个100Ω的电阻与CAN总线相连。
电阻可起到一定的限流作用,保护82C250免受过流的冲击。
CANH和CANL与地之间并联了2个30pF的小电容,可以起到滤除总线上的
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- 关 键 词:
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