1、基于智能燈光系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)摘 要CAN總線是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，它最初被應(yīng)用于汽車的控制系統(tǒng)中。由于其卓越的性能，CAN總線的應(yīng)用范圍已不再局限于汽車工業(yè)，被廣泛應(yīng)用到自動(dòng)控制、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)學(xué)設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。目前大部分停車場(chǎng)都需要大量的長(zhǎng)期照明,采用傳統(tǒng)的照明控制,且會(huì)造成巨大的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。本文提出了一種基于CAN總線技術(shù)開(kāi)發(fā)的分布式停車場(chǎng)燈光智能控制系統(tǒng)。文中詳細(xì)介紹了該智能控制系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)內(nèi)容基于CAN總線的現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行了深入的研究，提出以單片機(jī)P89C52X2B和CAN控制SJA1000為核心，組成CAN總線的智能節(jié)點(diǎn)。采用C語(yǔ)言對(duì)智能節(jié)點(diǎn)的初始化及發(fā)送和接收模

2、塊程序進(jìn)行了編程，詳細(xì)描述了控制器的軟件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)以及在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題及其解決方案。該系統(tǒng)較好地解決了停車場(chǎng)內(nèi)智能控制照明回路，降低停車場(chǎng)內(nèi)的布線復(fù)雜度，減少安裝費(fèi)用，節(jié)省了能耗并大大延長(zhǎng)停車場(chǎng)內(nèi)照明設(shè)備的使用壽命，具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：CAN總線；照明；智能控制；P89C52X2BN；CJA1O00AbstractCAN bus is one kind of the Fieldbus, it is applied initially to the control system of the car. Because of its remarkable performanc

3、e, the range of application of CAN bus has already been no longer confined to the auto industry, applied to each field such as automaticallying control, automation of the building, medical apparatus extensively. Most parking areas need the lighting for a long time of a large amount of at present, ad

4、opt the traditional illumination to control, and will cause the enormous energy to waste lossing with the apparatus. This text has proposed a kind of intelligent control system of the light of distributed parking area based on CAN bus technological development. Have introduced the software of this i

5、ntelligent control system, hardware design method in the article in detail. Design the on-the-spot controller based on CAN bus of content to carry on deep research, propose controlling SJA1000 as the core with the one-chip computer P89C52X2B and CAN, make up the intellectual node of CAN bus. Adopt C

6、 language to the nodal initializing and sending and receiving the module procedure and carrying on programming of intelligence, have described the software of the controller realizes the detail and some key technological problems and solutions in the course of developing in detail.This system has so

7、lved the lighting return circuit of intellectual control at the parking area well, reduce the wiring complexity at the parking area, reduce the mounting cost, has saved energy consumption and lengthened the service life of the lighting apparatus at the parking area greatly, have good application pro

8、spects.Keywords:CAN bus；Illumination；Intelligent control；P89C52X2BN； CJA1000目錄第一章緒論····································&

9、#183;····························11.1課題背景····················

10、;··········································11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀······

11、··················································

12、11.3研究主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)················································

13、;····1第二章 停車場(chǎng)燈光智能控制的原理說(shuō)明·······································32.1停車場(chǎng)燈光智能控制的基本原理

14、3;·········································32.2系統(tǒng)的CAN-bus布線及智能節(jié)點(diǎn)具體工作原理····&

15、#183;·························32.3本章小結(jié)·······················

16、;·······································5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)·········

17、···············································63.1系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)方案比較

18、3;·················································

19、3;63.2系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)···············································

20、83;·····63.3 CAN適配卡··········································

21、3;·················123.4 CAN智能節(jié)點(diǎn)的外圍硬件模塊設(shè)計(jì)·····························

22、···········133.5 本章小結(jié)·····································&#

23、183;·······················14第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)························&#

24、183;······························154.1系統(tǒng)通訊程序設(shè)計(jì)·················&

25、#183;····································154.2 CAN總線智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)··········

26、····································194.3現(xiàn)場(chǎng)可編程功能的實(shí)現(xiàn)···········

27、83;······································294.4本章小結(jié)··········

28、··················································

29、·29結(jié)束語(yǔ) ················································

30、···················30致謝 ······························&

31、#183;······································31參考文獻(xiàn) ··········

32、··················································

33、·····32附錄：英文翻譯 ···········································&#

34、183;···············33插圖清單圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖································

35、;····························3圖2-2車場(chǎng)內(nèi)部CAN-bus布線及結(jié)構(gòu)圖··················&

36、#183;······················4圖3-1 SJA1000的引腳及封裝························

37、··························7圖3-2 PCA82C250引腳描述·····················

38、;······························9圖3-3 89C52引腳·················

39、3;·········································10圖3-4 CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖····

40、83;·····························12圖3-5開(kāi)關(guān)量輸入電路原理圖··················

41、;·······························13圖3-6電源原理圖·················

42、··········································14圖4-1 CAN的分層結(jié)構(gòu)·····

43、83;················································15圖4-2 SJ

44、A1000初始化流程圖················································&

45、#183;17圖4-3 查詢方式發(fā)送報(bào)文流程圖··············································1

46、8圖4-4查詢方式接收?qǐng)?bào)文流程圖···············································19

47、圖4-5 CAN總線智能節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖············································19圖 4-6 SJA1000初始化

48、流程圖················································20圖 4-7 C

49、AN中斷接收程序流程圖·············································22圖 4-8 CAN發(fā)送程序流程圖&

50、#183;················································24圖 4-9

51、進(jìn)出口節(jié)點(diǎn)程序流程圖················································26

52、圖 4-10停車場(chǎng)內(nèi)的智能節(jié)點(diǎn)程序流程圖·······································27圖 4-11CAN232原理框圖····

53、3;··············································28圖 4-12CAN適配器程序流程圖

54、83;·············································28表格清單表3-1管腳排列及功能說(shuō)明·&#

55、183;·················································7表

56、3-2 PCA82C250引腳功能說(shuō)明···············································

57、;9表4-1各節(jié)點(diǎn)邏輯關(guān)系················································

58、;······29銅陵學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 1 -第一章 緒論1.1課題背景隨著工業(yè)測(cè)控技術(shù)和生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的RS-232、RS-485和CCITTV24通信技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代化的工業(yè)控制需要，而現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)以其低廉的價(jià)格、可靠的性能而逐步成為新型的工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的通信技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，是一種開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。匯集了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)(3C)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，并

59、逐步在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛的重視和應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)總線主要有以下幾種類型1-3：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)、LonWorks、ProfiBus、CAN、HART，而其中CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)因?yàn)榫哂懈咝阅?、高可靠性以及?dú)特的設(shè)計(jì)而越來(lái)越受到關(guān)注，現(xiàn)已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線具有通信速率高、可靠性好、連接方便和性能價(jià)格比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以它的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用發(fā)展迅速，已有國(guó)際上各大廠商比如INTEL、MOTOROI A、PHII IPS、SIEMENS等不斷研制和推出新的CAN總線產(chǎn)品，并逐

60、步形成系列。現(xiàn)在，在歐美等國(guó)CAN總線已被廣泛地應(yīng)用于汽車、火車、輪船、機(jī)器人、智能樓宇、機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床、各種機(jī)械設(shè)備、交通管理、傳感器、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。從“九·五”開(kāi)始，我國(guó)政府就投資支持現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)發(fā)，其中CAN等總線在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，被大量地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)監(jiān)控、電廠測(cè)控、火災(zāi)報(bào)警、變電站控制、煤炭綜合監(jiān)控等。很多大專院校及科研單位也投入大量的人力和資金加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線，尤其是CAN總線技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前大部分的地下停車場(chǎng)都需要大量的照明設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期照明采用傳統(tǒng)的連續(xù)照明方式或聲控照明方式很難實(shí)現(xiàn)照明的自動(dòng)控制且會(huì)造成巨大的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。

61、國(guó)外雖然有類似的燈光智能控制系統(tǒng)，但價(jià)格很高，限制了它的廣泛應(yīng)用。調(diào)查表明目前停車場(chǎng)的智能化程度不一，管理也缺乏有序性，設(shè)施之間也通用性也較差，造成系統(tǒng)集成商和用戶的設(shè)備選型品種較少，實(shí)現(xiàn)的功能不全，系統(tǒng)特點(diǎn)不鮮明等不足。按智能停車場(chǎng)的通訊方式分析，早期的一部分廠商采用了串行的RS-485總線或RS-232總線作為設(shè)備之間的通訊方式。但是隨著停車場(chǎng)系統(tǒng)智能化程度要求越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，總線的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多的情況下，RS-485的總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等不足和缺陷逐漸體現(xiàn)出來(lái)；智能停車場(chǎng)的系

62、統(tǒng)擴(kuò)展也受到RS-485本身的制約，越來(lái)越不能適應(yīng)大中型智能停車場(chǎng)的控制需要。先進(jìn)的的CAN-bus總線通訊系統(tǒng)是智能停車場(chǎng)的主流發(fā)展方向。使用這種工業(yè)級(jí)的通訊方式，可以保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時(shí)性；并且，實(shí)際建設(shè)中，CAN-bus總線成本和RS-485方式成本大體相當(dāng)，甚至，在較大型的停車場(chǎng)系統(tǒng)中，CAN總線的整體成本還略低于RS-485系統(tǒng)。由于CAN總線容錯(cuò)性能好，可以大大降低后期的維護(hù)、維修、擴(kuò)充成本。1.3 研究主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本文提出了一種基于CAN總線技術(shù)開(kāi)發(fā)的分布式停車場(chǎng)燈光智能控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該智能控制系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)內(nèi)容基于CAN總線的現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行了深

63、入的研究，提出以單片機(jī)P89C52X2B和CAN控制SJA1000為核心，組成CAN總線的智能節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)主要由多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，再利用CAN總線將這些節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)可以相互聯(lián)系的整體，系統(tǒng)便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場(chǎng)燈光的智能控制。該系統(tǒng)能夠較好地實(shí)現(xiàn)該智能燈光控制系統(tǒng)所要求的功能，有效地解決停車場(chǎng)面臨的能耗、材耗問(wèn)題，降低停車場(chǎng)內(nèi)的布線復(fù)雜度，減少安裝費(fèi)用并大大延長(zhǎng)停車場(chǎng)內(nèi)照明設(shè)備的使用壽命，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。文中的第一章：敘述了本課題的研究背景及意義，第二章：對(duì)系統(tǒng)做詳細(xì)得到原理說(shuō)明，第三章：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，第四章：系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。第二章 停車場(chǎng)燈光智能控制系統(tǒng)的原理2.1停車場(chǎng)智能系統(tǒng)基本原

64、理系統(tǒng)主要由上位機(jī)、CAN適配器、控制節(jié)點(diǎn)（包括出入口控制節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)）等部分構(gòu)成，各節(jié)點(diǎn)間通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。該智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。入口節(jié)點(diǎn) 出口節(jié)點(diǎn)停車場(chǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)1 停車場(chǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)N圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖當(dāng)有車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)，可以根據(jù)車牌號(hào)決定該車入庫(kù)時(shí)的行車路線及車位，根據(jù)預(yù)定的行車路線，選擇相應(yīng)的照明控制方案。入口通道處的控制節(jié)點(diǎn)檢測(cè)是否有車輛進(jìn)入，當(dāng)檢測(cè)到車輛時(shí)，該控制結(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)布消息；那些相關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的消息以及事先預(yù)定的控制方案打開(kāi)有關(guān)的照明回路。出口通道處的控制節(jié)點(diǎn)檢測(cè)是否有車輛或人離開(kāi)，當(dāng)檢測(cè)到車輛或人離開(kāi)時(shí)，該控制結(jié)點(diǎn)通過(guò)

65、CAN總線向網(wǎng)絡(luò)上的其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)布消息；使相關(guān)節(jié)點(diǎn)此時(shí)控制的照明回路復(fù)位，關(guān)閉停車場(chǎng)內(nèi)的照明燈。在出入口的控制節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)CAN適配器將各個(gè)照明回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)送給上位機(jī)以方便管理人員觀察停車場(chǎng)內(nèi)的照明情況。同時(shí)出入口節(jié)點(diǎn)也可根據(jù)需要進(jìn)行手工控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)每一個(gè)回路的開(kāi)關(guān)控制，以應(yīng)付一些緊急事件。為了讓系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的使用環(huán)境，同時(shí)能夠根據(jù)用戶的需要隨時(shí)改變照明方案，該系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程技術(shù)，可由上位機(jī)通過(guò)CAN總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制方案下載到各控制節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)照明方案的現(xiàn)場(chǎng)編輯、現(xiàn)場(chǎng)修改及現(xiàn)場(chǎng)下載。系統(tǒng)中CAN適配器的作用是將CAN總線上的命令通過(guò)串口或USB口傳給上位機(jī)，

66、也可以將上位機(jī)的命令轉(zhuǎn)換成CAN命令發(fā)送給系統(tǒng)中的其它節(jié)點(diǎn)。2.2 系統(tǒng)的CAN-bus布線及智能節(jié)點(diǎn)具體工作原理2.2.1系統(tǒng)的CAN-bus布線智能照明系統(tǒng)的主要功能是車輛導(dǎo)向、空位檢測(cè)和照明控制等。如圖2-2所示，可設(shè)車場(chǎng)分為4個(gè)停車區(qū)域：A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)。4個(gè)區(qū)的區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)一安置在車場(chǎng)入口處，指示區(qū)域的方向和當(dāng)前所剩的空位數(shù)。該區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)由一個(gè)控制器控制，帶一個(gè)CAN-bus總線接口。 圖2-2車場(chǎng)內(nèi)部CAN-bus布線及結(jié)構(gòu)圖這一個(gè)系統(tǒng)中，使用CAN-bus總線方式進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)顯得非常簡(jiǎn)單、可靠。如圖2-2所示，每個(gè)停車區(qū)有一個(gè)單獨(dú)的區(qū)控制器，均帶CAN-bus接口，用

67、于管理該區(qū)的照明和車位檢測(cè)。按圖2-2中所示，圓圈表示照明燈，通過(guò)區(qū)控制器來(lái)直接控制該區(qū)燈的亮滅。車庫(kù)后的小矩形表示車位探測(cè)器，用于檢測(cè)汽車是否到庫(kù)。當(dāng)有車輛或車主進(jìn)出某一個(gè)相關(guān)區(qū)域的時(shí)候，該區(qū)域的照明才點(diǎn)亮，在車輛或車主離開(kāi)后，燈自動(dòng)熄滅，并且和當(dāng)前進(jìn)出不相關(guān)區(qū)域的照明燈將不會(huì)點(diǎn)亮，這樣可以最大限度的節(jié)約能源，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，這在較大型停車場(chǎng)中的作用會(huì)更加突出。在車輛進(jìn)出后，車場(chǎng)的停車數(shù)量發(fā)生變化，系統(tǒng)可以及時(shí)地探測(cè)到這個(gè)變化并向主控制器和區(qū)位引導(dǎo)指示牌報(bào)告，使其刷新當(dāng)前的記錄和顯示。2.2.2智能節(jié)點(diǎn)的工作原理 該系統(tǒng)主要是由多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成，各節(jié)點(diǎn)間通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。上位機(jī)將系統(tǒng)中所

68、有節(jié)點(diǎn)的控制方案下載到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中后，各節(jié)點(diǎn)將根據(jù)這些從上位機(jī)下載的節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)關(guān)系表完成與有關(guān)節(jié)點(diǎn)的交互?；竟?jié)點(diǎn)與一定數(shù)量的傳感器回路和照明回路相連。當(dāng)車場(chǎng)內(nèi)的基本節(jié)點(diǎn)接收到從CAN總線送過(guò)來(lái)的信息后，根據(jù)從上位機(jī)下載的本節(jié)點(diǎn)與照明燈的互聯(lián)關(guān)系，開(kāi)啟與之相關(guān)聯(lián)的燈；當(dāng)基本節(jié)點(diǎn)的傳感器檢測(cè)到車到庫(kù)時(shí)，基本節(jié)點(diǎn)將向CAN總線發(fā)送相關(guān)信息。這樣所有節(jié)點(diǎn)就會(huì)按照使用者制定的方案打開(kāi)預(yù)期的照明回路，從而實(shí)現(xiàn)照明控制的智能化。出入口控制節(jié)點(diǎn)位于停車場(chǎng)的出入口處?？刂乒?jié)點(diǎn)隨時(shí)監(jiān)聽(tīng)CAN總線上的各種消息。 (1)基本節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)著該節(jié)點(diǎn)控制的照明設(shè)備與其它節(jié)點(diǎn)的傳感器的互聯(lián)關(guān)系。當(dāng)某一基本節(jié)點(diǎn)接收到其它節(jié)點(diǎn)

69、發(fā)送的傳感器信息時(shí)，該基本節(jié)點(diǎn)搜索本地的互聯(lián)關(guān)系，并打開(kāi)與此傳感器相關(guān)的照明設(shè)備；(2)當(dāng)基本節(jié)點(diǎn)接收到上位機(jī)發(fā)送的下載命令時(shí)，基本節(jié)點(diǎn)將與之相關(guān)的控制方案下載到本地；(3)基本節(jié)點(diǎn)利用與之相連的傳感器監(jiān)測(cè)車輛、人員的情況。當(dāng)監(jiān)測(cè)車輛、人員時(shí)，該基本節(jié)點(diǎn)便通過(guò)CAN總線向系統(tǒng)中的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送相關(guān)的傳感器的信息；(4)主控節(jié)點(diǎn)隨時(shí)監(jiān)聽(tīng)CAN總線上的各種命令，并通過(guò)狀態(tài)指示燈隨時(shí)反映停車場(chǎng)的各個(gè)照明回路的狀態(tài)。2.3 本章小結(jié)本章對(duì)停車場(chǎng)智能燈光系統(tǒng)作了總體原理說(shuō)明，設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。配以框圖較為詳細(xì)的分析了車輛進(jìn)出車庫(kù)、停庫(kù)等的設(shè)計(jì)思路，提出系統(tǒng)由上位機(jī)、CAN適配器、包括出入口控制節(jié)點(diǎn)

70、、現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)等部分構(gòu)成，各節(jié)點(diǎn)間通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。并且對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)控制節(jié)點(diǎn)作了較明確的說(shuō)明分析，為整個(gè)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很合適很易行的研究方向。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)方案比較本系統(tǒng)中的智能節(jié)點(diǎn)可選用兩種設(shè)計(jì)方案。方案一：CAN控制器SJA1000和32位ARM微處理器S3C44BOX構(gòu)成的CAN通訊節(jié)點(diǎn)。對(duì)SJA1000的操作是通過(guò)對(duì)其內(nèi)部寄存器的設(shè)置和讀寫來(lái)完成的，由于其內(nèi)部寄存器具有連續(xù)地址，所以可以把SJA1000當(dāng)作一個(gè)外部RAM器件，對(duì)其操作即可以看作對(duì)外部RAM的操作。S3C44B0X是SAMSUNG(三星)公司一款基于ARM7TDMI的32位精簡(jiǎn)指令集

71、(RISC)微處理器。該處理器對(duì)外設(shè)的擴(kuò)展可以采用兩種方式：一種是直接采用CPU的總線進(jìn)行擴(kuò)展，另一種是采用I/O口擴(kuò)展。S3C44BOX的總線是非復(fù)用的，地址和數(shù)據(jù)總線分別可以被設(shè)置為8位、l6位或者32位模式，其外部地址最大為256MB，分為8個(gè)BANK，每個(gè)BANK32MB，分配一根片選信號(hào)線CS?？偩€讀寫方式和一般的CPU基本相同。但是SJA1000與S3C44BOX之間的接口信號(hào)時(shí)序不是完全兼容的，所以必須對(duì)S3C44BOX的讀寫時(shí)序進(jìn)行變換，使其滿足SJA1000的接口要求。主要包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線的設(shè)計(jì)、地址鎖存信號(hào)ALE的設(shè)計(jì)、讀寫信號(hào)RD、WR的設(shè)計(jì)和片選信號(hào)CS的設(shè)計(jì)。方案

72、二:采用8051+SJA1000+82C250組合的方式實(shí)現(xiàn)CAN的通信。由于8051的時(shí)序和SJA1000的工作時(shí)序是一樣的，所以只需將SJA1000的各個(gè)引腳與8051的相應(yīng)引腳相連即可。SJA1000的AD0AD7連接到8051的P0口，/CS連接到8051的P2.7，P2.7為0的CPU片外存貯器地址可選中SJA1000，CPU通過(guò)這些地址SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。SJA1000的/RD、/WR、ALE分別與8051的對(duì)應(yīng)引腳相連，/INT 接8051的/INT0。從上面兩個(gè)方案分析可知，方案二比方案一易于實(shí)現(xiàn)，使用靈活，對(duì)于本課題只是該系統(tǒng)中的一部分，如果選擇方案一，可能會(huì)在

73、整個(gè)系統(tǒng)中S3C44B0X資源缺乏。選用方案二只需使用時(shí)將該模塊的UART接口與需要主控制器的UART接口相連可，所以本設(shè)計(jì)中選用方案二。3.2 系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)3.2.1 主要器件介紹(1) SJA1000SJA1000是一種應(yīng)用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨(dú)立CAN總線控制器，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單總線連接可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設(shè)計(jì)和PCA82C200的基本CAN模式BasicCAN兼容。同時(shí)新增加的增強(qiáng)CAN模式PeliCAN還可支持CAN2.OB協(xié)議。SJA1000的主要特性如下 擴(kuò)展接收緩沖器(64字節(jié)FIFO);采用24MHZ時(shí)鐘頻率;位通訊速率為1Mbps;

74、支持CAN2.OB時(shí)，支持11和29位標(biāo)識(shí)符; 增強(qiáng)CAN模式(PeliCAN); 支持多種微處理器接口; 可編程CAN輸出驅(qū)動(dòng)配置; 工作溫度范圍為一40-125°C:圖3-1 SJA1000的引腳及封裝表3-1 管腳排列及功能說(shuō)明符號(hào)引腳說(shuō)明AD7-AD02,1,28-23多路地址/數(shù)據(jù)總線。ALE/AS3ALE輸入信號(hào)（Intel模式）,AS輸入信號(hào)（Motorola模式）。/CS4片選輸入低電平允許訪問(wèn)SJA1000。/RD /E5微控制器的/RD信號(hào)（Intel模式）或E使能信號(hào)（Motorola模式）。/WR66微控制器的/WR信號(hào)（Intel模式）或RD/（/WR）信號(hào)

75、（Motorola模式）。CLKOUT7SJA1000產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號(hào)；時(shí)鐘信號(hào)來(lái)源于內(nèi)部振蕩器且通過(guò)編程驅(qū)動(dòng)；時(shí)鐘控制寄存器的時(shí)鐘關(guān)閉位可禁止該引腳。CLKOUT7SJA1000產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號(hào)；時(shí)鐘信號(hào)來(lái)源于內(nèi)部振蕩器且通過(guò)編程驅(qū)動(dòng)；時(shí)鐘控制寄存器的時(shí)鐘關(guān)閉位可禁止該引腳。VSS18接地。XTAL19輸入到振蕩器放大電路；外部振蕩信號(hào)由此輸入。XTAL210振蕩放大電路輸出；使用外部振蕩信號(hào)時(shí)左開(kāi)路輸出。MODE11模式選擇輸入。1=Intel模式，0=Motorola模式。VDD312輸出驅(qū)動(dòng)的5V電壓源。TX013從CAN輸出驅(qū)動(dòng)器0輸出到物理線路上

76、。TX114從CAN輸出驅(qū)動(dòng)器1輸出到物理線路上。VSS315輸出驅(qū)動(dòng)器接地。/INT16中斷輸出，用于中斷微控制器；/INT在內(nèi)部中斷寄存器各位都被置位時(shí)低電平有效；/INT是開(kāi)漏輸出，且與系統(tǒng)中的其它/INT是線或的；此引腳上的低電平可以把IC從睡眠模式中激活。/RST17復(fù)位輸入，用于復(fù)位CAN接口（低電平有效）;把/RST引腳通過(guò)電容連到VSS ,通過(guò)電阻連到VDD可自動(dòng)上電復(fù)位(例如C=1u F;R=50k)。VDD218輸入比較器的5V電壓源。RX0 RX119，20從物理的CAN總線輸入到SJA1000的輸入比較器；支配控制電平將會(huì)喚醒SJA1000的睡眠模式；如果RX1比RX0

77、的電平高，就讀支配（控制）電平，反之讀弱勢(shì)電平；如果時(shí)鐘分頻寄存器的CBP位被置位，就旁路CAN輸入比較器以減少內(nèi)部延時(shí)（此時(shí)連有外部收發(fā)電路）；這種情況下只有RX0是激活的；弱勢(shì)電平被認(rèn)為是高而支配電平被認(rèn)為是低。VSS221輸入比較器的接地端。VDD122邏輯電路的5V電壓源。SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器(含發(fā)送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIFO)、位流處理器BSP、接收過(guò)濾器ASP、位時(shí)序處理邏輯BTL,錯(cuò)誤管理邏輯EML、內(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)成。IML接收來(lái)自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向主控器提供中斷信息及狀態(tài)信息。BTL始終監(jiān)視CAN,

78、當(dāng)檢測(cè)到有效的信息頭時(shí)啟動(dòng)接收過(guò)程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理，并由ASP過(guò)濾，只有當(dāng)接收到的信息的識(shí)別碼與ASP檢驗(yàn)相符時(shí)，接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以緩存64字節(jié)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被CPU讀取。CAN控制器工作模式的設(shè)定、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等都是通過(guò)它的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常在系統(tǒng)初始化時(shí)，先使CR.0=1, SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式。在此模式下IR, ACA,AMR, BTRO,BTRI及OCR均可讀可寫，此時(shí)設(shè)置相應(yīng)的初值。當(dāng)退出復(fù)位模式時(shí)，SJA1000即按復(fù)位時(shí)設(shè)定的相應(yīng)情況工作于工作模式，除非再次使芯片復(fù)位，否則上次設(shè)定的值不變。當(dāng)需要

79、發(fā)送信息時(shí)，若發(fā)送緩沖器空閑，由CPU控制信息寫入TXB,再由CMR控制發(fā)送:當(dāng)接收緩沖器RXFIFO未滿且接收信息通過(guò)了ASP，則接收到的信息被寫入RXFIFO。可通過(guò)兩種方法讀取接收到的信息。一種方法是，在中斷被使能的情況下，SJAI000向CPU發(fā)中斷信號(hào)，CPU通過(guò)SR及IR可以識(shí)別該中斷，并讀取數(shù)據(jù)釋放接收緩沖器:另一種方法是直接讀取SR,查詢RXFIFO的狀態(tài)，當(dāng)有信息接收時(shí)，讀取該信息并釋放接收緩沖器。當(dāng)接收緩沖器中有多條信息時(shí)，當(dāng)前的信息被讀取后，接收緩沖器有效信號(hào)會(huì)再次有效，通過(guò)中斷方式或查詢方式可以再次讀取信息，直到RXFIFO中的信息被全部讀出為止。當(dāng)RXFIFO已滿，如

80、還有信息被接收，此接收信息不被保存，且發(fā)出相應(yīng)的緩沖器溢出信號(hào)供CPU讀取處理。(2) PCA82C250收發(fā)器物理信令子層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的連接是通過(guò)集成的協(xié)議控制器實(shí)現(xiàn)的，這些產(chǎn)品有像Philips的PCA82C200、SJA1000等。而媒體相關(guān)接口負(fù)責(zé)連接傳輸媒體，譬如將總線節(jié)點(diǎn)連接到總線的連接器，像Philips的TJA1050或PCA82C250等收發(fā)器。PCA82C250收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口，如在SOI1898標(biāo)準(zhǔn)中描述的，它們可以用高達(dá)1Mbps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)。它的特性主要有：完全和IS011898標(biāo)準(zhǔn)兼容;高速(高達(dá)1Mbp

81、s):在自動(dòng)化環(huán)境中，總線保護(hù)瞬變;斜率控制降低射頻干擾(RFI);不同的接收器都具有寬共模范圍，有很強(qiáng)的抗電磁干擾EMT的能力;熱保護(hù);對(duì)電池和地的短路保護(hù);低電流備用模式;一個(gè)沒(méi)有上電的節(jié)點(diǎn)不干擾總線;至少可掛110個(gè)節(jié)點(diǎn);表3-2 PCA82C250引腳功能描述管腳號(hào)管腳名描述1TXD發(fā)送數(shù)據(jù)輸入2GND地3Vcc電源電壓4RXD接收數(shù)據(jù)輸出5Vref參考電壓輸出6CANL低電平CAN電壓輸入/輸出7CANH高電平CAN電壓輸入/輸出8Rs斜率電阻輸入圖3-2 PCA82C250引腳描述管腳8Rs有三種不同的工作模式:高速，待機(jī)，斜率控制。把管腳8接地就選擇了高速工作模式。在此模式下發(fā)送

82、器輸出級(jí)晶體管被盡可能快地啟動(dòng)和關(guān)閉，由于沒(méi)有措施用于限制上升和下降的斜度，建議使用屏蔽電纜可避免RFI。對(duì)于低速或較短的總線長(zhǎng)度，可使用一種沒(méi)有屏蔽的雙絞線或平行線。對(duì)于降低RFI，上升和下降的斜率是個(gè)w定值，通過(guò)從管腳8接一個(gè)電阻至地，上升和下降的斜率能夠被編程，這個(gè)斜率和管腳8 的電流輸出成比例。如果高電平被接至管腳8，電路進(jìn)入低電流保護(hù)模式。在這種模式下，發(fā)送器被關(guān)閉，接收器開(kāi)至低電流。如果控制位被檢測(cè)(不同的總線電壓<0.9v ),RXD將被拉至低電平。(3)CAN節(jié)點(diǎn)控制器P89C52此單片機(jī)是采用先進(jìn)CMO5工藝的8位微控制器，是80C51微控制器系列的派生，和80C51指

83、令相同。P89C52片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為8K，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為256字節(jié)。其主要的特點(diǎn)有: 8051中心處理單元; 速度可達(dá)33MHz，全靜態(tài)操作; 片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器，可擴(kuò)展到64K字節(jié)，4級(jí)中斷，6個(gè)中斷源,4個(gè)8位1/0口，全雙工增強(qiáng)型UART, 3個(gè)16位定時(shí)器，雙DPTR寄存器; 電源控制模式:時(shí)鐘可停止和恢復(fù):空閑模式;掉電模式。外部中斷可以從掉電模式中喚醒; 可編程時(shí)鐘輸出: 低EMI(禁止ALE);P89C51RD2將原有的對(duì)外部數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器的16位尋址機(jī)制加以利用，把片長(zhǎng)的RAM擴(kuò)展到1K字節(jié)，片上的FLASH EPROM擴(kuò)展到64K字節(jié)，滿足當(dāng)今用嵌入式高級(jí)語(yǔ)言編程對(duì)片上

84、大存儲(chǔ)器容量的需要。它的獨(dú)特之處在于: 新增加片內(nèi)16位尋址ERAM(擴(kuò)展RAM)，四個(gè)I/0口均有復(fù)用功能，嵌套中斷系統(tǒng)增強(qiáng)為7源4優(yōu)先級(jí); 新增加片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用非易失FLASH，同時(shí)提供BOOTROM固件實(shí)現(xiàn)ISP(在系統(tǒng)中編程)和IAP(在運(yùn)行中編程); 增強(qiáng)定時(shí)器2具有捕捉、自動(dòng)+1/-1重裝、計(jì)數(shù)器、波特率發(fā)生器、編程時(shí)鐘輸出模式; 5模塊PCA，支持上下沿捕捉、PWM輸出、軟件定時(shí)器、看門狗定時(shí)器等模式;下面是這兩種芯片的引腳圖，隨后是對(duì)這些引腳的功能的一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。 圖3-3 89C52引腳RST: 復(fù)位。當(dāng)晶振運(yùn)行時(shí)，只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期高電平即可復(fù)位，內(nèi)部電阻己連

85、接到Vss，僅需要一個(gè)外部電容接到Vcc上。ALE: 地址鎖存使能。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)時(shí)，輸出脈沖用來(lái)鎖存低地址的字節(jié)，在正常情況下，輸出1/6的振蕩頻率可以當(dāng)作外部時(shí)鐘或定時(shí)，注意每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)一個(gè)ALE脈沖將被忽略。ALE可以被設(shè)置為禁止，設(shè)置后ALE只能在MOVX指令時(shí)被激活。程序時(shí)，PSEN每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器器和內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)PSEN都無(wú)效。EA/Vpp :外部尋址使能/可編程電壓.在訪問(wèn)整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，EA必須置低。如果EA為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序，除非程序計(jì)數(shù)器可以大于OFFFH可以訪問(wèn)4K器件，1FFFH可以訪問(wèn)8K器件，3FFFH可以訪問(wèn)16K器件

86、，7FFFH可以訪問(wèn)32K器件.該引腳在編程時(shí)接12V編程電壓。XTAL1可以作晶振和內(nèi)部時(shí)鐘周期輸入引腳，XTAL2可以作晶振輸出引腳。P0, P1, P2和P3口都是雙向I/O口，其中P3口還兼有串行口、中斷輸入、外部定時(shí)器輸入、發(fā)出讀寫信號(hào)的功能。對(duì)于P1口一些引腳的特殊功能在使用時(shí)再作說(shuō)明。3.2.2 CAN智能節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)本文中所設(shè)計(jì)的CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)，采用P89C52X2作為節(jié)點(diǎn)的微處理器，在CAN總線通信接口中，采用PHILIPS公司的SJA1000和PCA82C250芯片.SJA1000 是獨(dú)立CAN 通信控制器，PCA82C250為高性能CAN總線收發(fā)器，用來(lái)進(jìn)行隔

87、離和增加驅(qū)動(dòng)能力，提高系統(tǒng)的可靠性。此節(jié)點(diǎn)可直接運(yùn)用到CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，或者對(duì)此節(jié)點(diǎn)電路稍加變動(dòng)來(lái)滿足設(shè)計(jì)的要求。整個(gè)硬件電路并不復(fù)雜。如圖3-4所示。圖3-4 所示為CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖從圖中可以看出，電路主要由三部分所構(gòu)成：微控制器P89C52X2、獨(dú)立的CAN通信控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA82C250。微處理器P89C52X2負(fù)責(zé)SJA1000 的初始化，通過(guò)控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。SJA1000的AD0AD7連接到P89C52X2的P0口，/CS 連接到P89C52X2的P2.7， P2.7為0的CPU片外存貯器地址可選中

88、SJA1000，CPU通過(guò)這些地址可對(duì)SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。SJA1000的/RD、/WR、 ALE分別與P89C52X2的對(duì)應(yīng)引腳相連，/INT接P89C52X的/INT 0，P89C52X2也可通過(guò)中斷方式訪問(wèn)SJA1000。PCA82C250 與CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。PCA82C250的CANH和CANL引腳各自通過(guò)一個(gè)5的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用， 保護(hù)PCA82C250免受過(guò)流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30P的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根CAN總線接入端與地之

89、間分別反接了一個(gè)保護(hù)二極管，當(dāng)CAN總線有較高的負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)二極管的短路可起到一定的過(guò)壓保護(hù)作用。PCA82C250的Rs腳上接有一個(gè)斜率電阻，電阻大小可根據(jù)總線通訊速度適當(dāng)調(diào)整，一般在16K140K之間。3.3 CAN適配卡CAN總線適配卡可以自己設(shè)計(jì)，但目前市場(chǎng)上的CAN總線通信適配卡產(chǎn)品較多，而且技術(shù)也很成熟。本設(shè)計(jì)采用周立功單片機(jī)公司生產(chǎn)的CAN232智能CAN接口。CAN適配卡工作原理：CAN-RS232通信轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)硬件電路的電平標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換和軟件編程的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。CAN-bus總線數(shù)據(jù)的接收發(fā)送由集成CAN控制器的微處理器和CAN收發(fā)器完成，RS232總線數(shù)據(jù)的接收

90、、發(fā)送由微處理器完成。并且，微處理器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)協(xié)議控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在微處理器和CAN收發(fā)器之間增加了電氣隔離電路，隔離電路采用光電隔離器件，自帶DC/DC電源模塊，無(wú)需外接電源。CAN-RS232性能和技術(shù)指標(biāo)：1. 輸入電壓范圍+4.75V-5.25V2. 支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議符合ISO/DIS11898規(guī)范3. 支持1路CAN控制器波特率在10Kbps-1Mbps之間可選4. 支持1路RS232 接口波特率在1200bps-57600bps之間可選5. CAN-bus接口采用光電隔離DC/DC 電源隔離隔離模塊絕緣電壓1000Vrms6. 最高幀流

91、量300幀/秒7. 工作溫度-40度-+85度8. 安裝方式可選標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌安裝或簡(jiǎn)單固定方式9. 物理尺寸100mm*70mm*25mm不計(jì)算導(dǎo)軌安裝架高度注意CAN232B智能CAN轉(zhuǎn)換器的最高幀流量與設(shè)置的RS232通訊速率相關(guān)建議工作在57600bps/s下。3.4 CAN智能節(jié)點(diǎn)的外圍硬件模塊設(shè)計(jì)3.4.1 開(kāi)關(guān)量的輸入模塊 開(kāi)關(guān)量的輸入模塊用來(lái)設(shè)定節(jié)點(diǎn)的邏輯地址，各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)這個(gè)邏輯地址進(jìn)行相互識(shí)別。本系統(tǒng)采用了光藕器件TLP521-4,它是4路光藕。開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)光藕輸出后，還是高低電平的開(kāi)關(guān)量。此信號(hào)經(jīng)74HC573鎖存后，由微控制器來(lái)控制接收。ADO-AD7接微控制器的數(shù)據(jù)線，LE是74HC573的輸出允許信號(hào)，由微控制器經(jīng)譯碼產(chǎn)生。當(dāng)/OE為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)信號(hào)INO一IN3被傳輸?shù)紸DO-AD3,微控制器就可以從數(shù)據(jù)線上讀信號(hào)了。如果/OE是高電平， 圖3-5 開(kāi)關(guān)量輸入電路原理圖3.4.2 系統(tǒng)電源模塊因?yàn)橄到y(tǒng)都是24V供電