基于can總線技術的冷庫溫度控制系統的設計設計系統基于系統設計冷庫溫度技術的can總線can控制總線技術的(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 系統的設計 單片機的選擇 單片機是微型計算機發展的一個分支，是一種專門面向控制的微處理器件，故又稱之為微控制器。由于單片機的體積 、結構和功能特點，在實際應用中可以完全融入應用系統之中，故而也稱為嵌入式微控制器。目前比較常用的有 AVR系列單片機、 PIC系列單片機和 AT89系列的單片機 等 。 AVR系列 單片機是 Atmel公司推出的較為新穎的單片機，其顯著特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實現流水作業。AVR單片機指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。 AVR單片機采用增強的 RISC結構，使其具有高速處理能力，在一個時鐘周期內可執行復雜的指令，每 MHz可實現 1MIPS的處理能力。 AVR單片機工作電壓為 ~，可以實現耗電最優化。 AVR的 I/O口操作不方便，如果將它作雙向口用的話非常麻煩，要設為輸出還得選擇有沒有上拉，而且不支持基本的總線操作。 PIC系列 單片機系列是美國微芯公司的產品， CPU采用 RISC結構，分別有 335和 58條指令，屬精簡指令集。采用 Harvard雙總線結構，運行速度快，他能使程序存儲器的訪問和數據存儲器的訪問并行處理。它具有低工作電壓、低功耗和驅動能力強等特點。 PIC采用精簡指令集，指令少，該系列單片機的專用寄存器（ SFR）并不像 51系列那樣都集中在一個固定的地址區間內 (80～ FFH)，而是分散在四個地址區間內，在編程過程中，少不了要與專用寄存器打交道，得反復地選擇對應的存儲體，這多少給編程帶來了一些麻煩。數據的傳送和邏輯運算基本上都得通過工作寄存器來進行，而 51系列的還可以通過寄存器相互之間直接傳送，因而 PIC單片機的瓶頸現象比 51系列還要嚴重。 AT89系列單片機是 ATMEL公司的 8位 Flash單片機系列。它是以 8051為內核構成的，所以它和 8051系列單片機是兼容的系列。 AT89系列單片機可分為標準型號、低檔型號和高檔型號三類。低檔型號是 80C51的兼容產品 ， 并行 I/O口較少 ， 只有1K的 Flash存儲器和 64個字節的 RAM，內部不含串行接口 ； 標準型是和 MCS51系列單片機兼容的，內部含有 4K、 8K或 20K可重復編程的 Flash存儲器，可進行 1000次擦寫操作 ， 有通用串行接口，有低電壓空閑及電源下降方式 ； 高檔型是在標準型的基礎上增加了一些功能形成的 ， 含標準型和低檔型所不具有的 SPI接口。 AT89 本科生畢業設計（論文） 9 系列單片機內部含有 Flash存儲器，在系統的開發過程中可以十分容易進行程序的修改，這就大大縮短了系統的開發周期。同時，在系統工作過程中能有效地保存一些數據信息，即使外界電源損壞 也不會影響到信息的保存。 89系列單片機采用靜態始終方式，所以可以節省電能，這對于降低便攜式產品的功耗十分有用。 本次設計的 微控制器選用 AT89系列 的 AT89S52單片機 。 AT89S52是一種低功耗，高性能的 CMOS 8位微型計算機。 AT89S52單片機引腳圖如圖 。 它帶有8K可 Flash編程和擦除的只讀存儲器。該器件采用 ATMEL的高密度非易失性存儲器技術制造，與工業上標準的 80C51的指令系統及引腳兼容，片內 Flash程序存儲器允許在系統內改寫或用常規非易失性存儲器編程。通過把通用的 8位 CPU與 Flash集成在一個芯片上， ATMEL AT89S52便成為一個高效的微型計算機，它的應用范圍廣，可用于解決復雜的控制問題，且成本較低。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 J a n 2 0 0 5 S h e e t of F i l e : C : \ P r o g r a m F i l e s \ D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E \ E x a m p l e s \ B A C K U P ~ 3 6 . D D BD r a w n B y :P 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7R S TP 3 .0 / R X DP 3 .1 / T X DV C CP 3 .4 / T 0P 3 .5 / T 1P 0 .0P 0 .1X T A L 2X T A L 1V S SP 3 .2 / I N T 0P 3 .3 / I N T 1P 3 .6 / W RP 3 .7 / R DP 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7EAA L EP S E NP 2 .7P 2 .6P 2 .5P 2 .4P 2 .3P 2 .1P 2 .2P 2 .0A T 8 9 S 5 21234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940 圖 AT89S52單片機引腳圖 AT89S52提供了 256字節 RAM， 32線 I/O口， 3個 16位定時器 /計數器，一個全雙工串行口。此外， AT89S52設有靜態邏輯，用于運行到零頻率，并支持軟件選擇和兩種節電運行方式。空閑方式使 CPU停止工作，而允許 RAM、定時器 /計數器、串行口和中斷系統繼續工作。掉電方式下，片內振蕩器停止工作，由于時鐘被凍結，一切功能都停止，只有 片內 RAM的內容被保存，直到硬件復位才恢復正常工作。AT89S52 Flash單片機有如下特點 ： 與 MCS51產品兼容； 本科生畢業設計（論文） 10 具有 8K可改寫的 Flash內部程序存儲器，可寫 /擦 1000次； 全靜態操作： 0Hz~33MHz； 256字節內部 RAM； 32根可編程 I/O線； 3個 16位定時器 /計數器； 8個中斷源； 可編程串行口； 低功耗空閑和掉電方式。 單片機外圍電路設計 1． 時鐘電路 MCS51 單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現， MCS51 單片機應在唯一的時鐘信號 控制下，嚴格的按時序執行指令進行工作，而時序所研究的是指令執行中各個信號的關系。時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統的穩定性。 本次設計的時鐘電路采用內部時鐘方式。在單片機內部有一個高增益反向放大器，用于構成振蕩器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體就可以構成穩定的自激振蕩器，其發出的脈沖直接送入內部時鐘發生器，外接晶振時， C1 和 C2 值通常選擇位 30pF 左右。C1 和 C2 對頻率有微調作用。 晶體可在 ～ 12MHz 之間任選， 由于要使用CAN 總線通信電路，所以采用 晶振。 在設計印刷電路板時，晶體或陶瓷振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩定和可靠地工作。為了提高溫度穩定性，應采用溫度穩定性能好的NPO 高頻電容。 2． 復位電路 AT89S52 的復位輸入引腳 RET（即 RESET）為 AT89S52 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執行，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執行程序。在 AT89S52 的時鐘電路工作后，只要在 RET 引腳上出現兩個機器周期以上的高電平時，單片機內部則初始復位。只要 RET 保持高電平，則循環復位。只有當 RET 由高電平變成低電平以后， AT89S52 才從 0000H 地址開始執行程序。本系統的復位電路是采用按鍵復位的電路，是常用復位電路之一。 按下鍵后，通過 R1 和 R2 形成回路，使 RESET 端產生高電平。 通過經驗可將電阻值 本科生畢業設計（論文） 11 分 別定為 200Ω 和 1KΩ，電 容值定為 22μ F，這樣，能保證復位信號的高電平持續時間大于 2 個機器周期。可以使系統正常復位。 單片機的 時鐘電路和復位電路如圖 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 3 J u n 2 0 0 9 S h e e t of F i l e : C : \ P r o g r a m F i l e s \ D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E \ E x a m p l e s \ B A C K U P ~ 2 8 . D D BD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1A T 8 9 S 5 2Y11 1 .0 5 9 2 M H zC130pfC230pfX1X2X1X2R S TR1200R21KV C CR S TR S TAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7RDWRI N TA L ER X DT X DC322uf 圖 單片機時鐘電路和復位電路 鍵盤和顯示電路的設計 本系統 下節點 要 采用鍵盤進行溫度設置 ，并且顯示當前冷庫的溫度值 ， 下節點的單片機不僅完成溫度顯示 功能和 溫度設置功能，還要對 制冷壓縮機和電加熱器 進行控制以調節溫度，因此下節點單片機的鍵盤和顯示采用 CH451驅動電路 。CH451是一個整合了數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制 等 多功能外圍芯片。 CH451內置 RC振蕩電路，可以動態驅動 8位數碼管或者 64位 LED，具有 BCD譯碼、閃爍、移位等功能；同時還可以進行 64 鍵的鍵 盤掃描； CH451 通過可以級聯的串行接口與單片機等交換數據；并且提供上電復位和看門狗等監控功能。 CH451通過串行接口與單片機相連接。 CH451 的段驅動引腳串接了電阻，用以限制和均衡段驅動電流，在 5V電源電壓下，串接 200Ω電阻通常對應段電流 13mA。當使用鍵盤功能時，CH451的 DOUT 引腳的 KEY 信號線可以連接到單片機的中斷輸入引腳，如果連接到普通 I/O 引腳，那么應該使用查詢方式確定 CH451是否檢測到有效按鍵。電路如圖 。 1． 顯示驅動 CH451對數碼管和發光管采用動態掃描驅動，順 序為 DIG0至 DIG7，當其中一個引腳吸入電流時，其它引腳則不吸入電流。 CH451內部具有大電流驅動級，可以 本科生畢業設計（論文） 12 直接驅動 2英寸的共陰數碼管，段驅動引腳 SEG6～ SEG0分別對應數碼管的段 G～段 A，段驅動引腳 SEG7對應數碼管的小數點，字驅動引腳 DIG7～ DIG0 分別連接 8 個數碼管的陰極； CH451也可以連接 88 矩陣的發光二級管 LED陣列或者64個獨立發光管； CH451還可以通過外接反相驅動器支持共陽數碼管，或者外接大功率管支持大尺寸的數碼管。 CH451支持掃描極限控制，并且只為有效數碼管分配掃描時間。當掃描極限設定為 1時，唯一的數碼管 DIG0將得到所有的動態驅動時間，從而等同于靜態驅動；當掃描極限設定為 8時， 8個數碼管 DIG7～ DIG0各得到 1/8的動態驅動時間； CH451將分配給每個數碼管的顯示驅動時間進一步細分為 16等份，通過設定顯示占空比支持 16級亮度控制。占空比的值從 1/16至 16/16，占空比越大，數碼管的平均驅動電流越大，顯示亮度也就越高，但占空比與顯示亮度之間是非線性關系。 CH451內部具有 8個 8位的數據寄存器，用于保存 8個字數據，分別對應于 CH451所驅動的 8個數碼管或者 8組每 組 8個的發光二極管。 CH451支持數據寄存器中的字數據左移、右移、左循環、右循環，并且支持各數碼