基于can總線的分布式測量系統研究設計畢業設計-資料下載頁

【導讀】它是計算機技術、通信技術和控制技術高度綜合與集成的產物，是一種開放式和分。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一。的串行通信網絡。它特別適合工業過程監控設備的互連，已被公認為是最有前途的現場。本文采用CAN現場總線技術，設計開發了一種分布式測量控制系統。能和控制功能，穩定的性能、友好的界面。節點和接口卡硬件的主體部分采用了PIC16F877單片機和MCP2510CAN控制器。每個節點4路AD輸入和8路開關量輸出。在一條總線上最大可掛接110個節點，通過。接口卡與上位機進行通信。上位機軟件使用面向對象設計，把節點映射為節點類的一個。通過事件觸發機制，實現CAN總線上節點在線加入與移除的動態檢測。通過調用節點類的遠程控制方法，可以經由CAN總線對各節點的8路開關量進。各節點傳感器的偏移修正在上位機上進行，克服了在節點上寫入偏移數據。不方便，效率較低的缺點。該系統作為一種通用的測量系統，可以搭配不同的傳感器應

　　

【正文】 M、 RAM、 I/O 等基本構造外，還包括以下各種功能，簡介如下： ● A/D converter：模擬數字轉換器，最多可以讀取 8 組模擬輸入訊號。 ● CCP： Capture、 Compare、 PWM，用于控制直流馬達。 ● Timer，內部定時器，有 Timer0、 Timer Timer2 等。 ● USART： Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，同步 /異步串行傳輸，如 RS23 RS485 等。 ● MSSP； Master Synchronous Serial Port，兩線式 (I2C)與三線式 (SPI)標準同步串行傳輸協定，常用于 EEPROM 內存資料的燒錄與讀取，或是與其它集成電路溝通與聯系，形成多芯片網絡 [6]。 PIC16F877基本電路 ● PIC 振蕩頻率電路 單片機振蕩電路與整體系統工作速度有直接的關系，例如同步 ∕異步串行傳輸、定時器等，都與振蕩頻率有關，不同系 列單片機有不同振蕩頻率，根據產品資料手冊，PIC16F877 振蕩頻率最高可到 20MHz； 在圖 2 中，振蕩電路接于 Pin13(OSC1/CLKIN)與 Pin14（ OSC2/CLKOUT） ,而振蕩電路有以下四種形式： LP：使用低功率振蕩晶體 (Low Power Crystal) XT：使用振蕩器 ∕諧振器 (Crystal/Resonator) HS：使用高速振蕩器 (High Speed Crystal/Resonator) RC：使用電阻 ∕電容 (Resister/Capacitor) 一般常用振 蕩晶體或是諧振器作為單片機振蕩源，外接電路及 PIC 內部電路說明如圖 3 所示。 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 硬件設計 16 圖 3 振蕩源電路圖 ● 外加電源與重置電路 PIC16F877 工作電壓為 5V， 連接 Pin11 與 Pin32， Pin12 與 Pin31 為地線接腳；重置電路連接 Pin1， 按下 Reset 后內部指令重頭開始執行，系統重新運作。 如圖 4 所示。 圖 4 電源與重置電路 PIC16F877輸入輸出接口 PIC16F877 除了上述基本電路所占用的 7 支接腳外，其余的 33 支接腳都可當成輸出、輸入接腳，輸入輸出端口是單片機基本界面，可以與周邊電路進行電路控制和信號傳輸與檢測。 PIC 是 8 位的單片機，以接腳特性分組，每組盡量湊滿 8 支接腳，并將 I/O命名為 PORTA(RA0~RA5)、 PORTB(RB0~RB7)、 PORTC(RC0~RC7)、 PORTD(RD0~RD7)和 PORTE(RE0~RE2)等，各分組接口特性說明如下： 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 硬件設計 17 ● PORTA PIC16F877 的 PORTA 總共有 6 個位 (RA0~RA5)， PORTA 的接腳可作為數字輸出輸入端口，而系統重置后， PORTA 自動成為模擬輸入狀態，可讀取模擬輸入訊號。 ● PORTB PORTB 總共有 8 個位 (RB0~RB7)，可以撰寫程序規劃輸入輸出方向、狀態，其中，要進行燒錄時，使用到三支接腳，分別是 Pin36(RB3/PGM) 、 Pin39(RB6/PGC) 與Pin40(RB7/PGD)。 ● PORTC PORTC 總共有 8 個位 (RC0~RC7)，除了可作為數位 I/O 外，還和一些特殊功能的周邊電路共享接腳， 例如 CCP（直流馬達控制）、 I2C、 SPI（同步串行通訊電路）、 UART（異步串行傳輸電路）等等。 ● PORTD PORTD 總共有 8 個位 (RD0~RD7)，可作一般數字 I/O，并與 PSP(Parallel Slave Port)并列傳輸接口共享。當整體系統需要多單片機時，彼此可以經由并列傳輸接口來快速傳輸資料。 ● PORTE PORTE 總共有 3 個位 (RE0~RE2)， PORTE 的 Pin 10 有三種功能，除了基本I/O 功能，也有模擬輸入功能，而上述 PORTD 的并列傳輸接口設定所需的控制接腳，如 /RD、 /WR、 /CS 等，也是屬于 PORTE 接腳。 PIC16F877指令簡介 PIC16F877 常用的語言有匯編語言與 C 語言兩種，匯編語言是將每一個機器碼使用一個文字代號代表，比較接近處理器真正動作模式；而 C 語言是比較符合人們的 使用習慣，事先將匯編語言組合成 C 語言形式，使用較為方便，但是 C 語言所組譯的機器碼程序通常比較大，且組譯軟件通常需要額外購買。 PIC 是采用 RISC（ Reduced Instruction Set Computing，精簡指令集），與 8051 系列采用的 CISC（ Complicated Instruction Set Computing，復雜指令集）不同 [5]。 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 硬件設計 18 MCP2510 CAN 控制器介紹 MCP2510 CAN控制器特點 MCP2510 是 Microchip 公司生產的一種 CAN 控制器。它支持 ， ， 協議的主動和被動模式，可以傳輸和接收 CAN 標準幀和 CAN 擴展幀，實現了接收過濾器和消息管理功能。它有 3 個發送緩沖器和 2 個接收緩沖器，可以減少微處理器對消息的管理需要。微處理器和 MCP2510 之間的通信是通過工業 標準 SPI 接口，數據傳輸率最高可達 1Mbps。在工業自動化，多種控制設備、交通工具醫療儀器、建筑及環境控制中得到廣泛應用。 其引腳如下圖 5。 Vss9RX1BF10OSC18OSC27TX2RTS6TX1RTS5RX0BF11CS16RESET17Vdd18INT12SCK13TX0RTS4CLKOUT3RXCAN2TXCAN1S114S015MCP2510 圖 5 MCP2510 引 腳 總體特點： ●實現在 1Mb/s 下的完成 CAN 和 協議的兼容； ●可變 0～ 8 個字節的消息長度； ●可處理標準幀和擴展幀； ●速度可編程； ●支持遠程幀； ●帶優先消息存儲功能的兩個接收緩沖器； ● 6 個接收過濾器； ● 2 個屏蔽接收過濾器； ●具有優先發送和退出功能的 3 個發送緩沖器； 硬件特點： 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 硬件設計 19 ●高速 SPI 接口； ●帶 有可編程預分頻器的時鐘輸出； ●可選擇是否使能的中斷輸出腳； ●接收緩沖滿輸出腳可配置為每個接收緩沖器滿中斷輸出，也可配置為通用的數據輸出腳； ●請求發送輸入腳可配置為請求每個發送緩沖器立即啟用消息發送的控制腳，也可配置為通用的數據輸出腳； ●具有低能耗休眠模式； 低能耗 CMOS 技術 ●操作電壓從 到 ； ●正常運行時典型電流 5mA； ●休眠時 55V 電壓下 10μ A 電流； 電流范圍： ● 40℃到 85℃； MCP2510指令 微控制器（ MCU）控制操作 MCP2510 是通過讀寫內部寄存器 來實現， MCP2510內部寄存器有狀態 /標志寄存器和控制寄存器，部分寄存器為只讀，部分寄存器為可讀寫，有的寄存器還可位編輯。微控制器可通過 SPI 接口讀寫 MCP2510 芯片內部寄存器。MCP2510 芯片提供 6 條 SPI 指令，分別是： ●復位指令（ Reset）：復位所有寄存器到默認狀態，控制器進入配置工作方式； ●讀指令：讀指定起始地址的寄存器值，可以讀連續地址的多個寄存值； ●寫指令：寫指定起始地址的寄存器，可以向連續地址多個寄存值寫內容； ●請求發送報文指令（ RTS）：用來啟動發送緩沖區報文發送。可同時啟動多 個緩沖區發送數據； ●讀狀態指令：查看控制器常用狀態標志， MCP2510 專門提供該指令用一次性讀取幾個常用狀態標志； ●位編輯（ Bit Moify）指令：編輯指定寄存器指定位， MCP2510 只有部分寄存器可以位編輯。 MCP2510工作方式 MCP2510 有多種工作方式，不同工作方式下其功能是不一樣的，在不同的工作方式下通過修改 位可以轉換 MCP2510 工作方式。其工作方式有： 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 硬件設計 20 ●配置工作方式（ Configuration Mode）： MCP2510 被激活工作前必須進行初 始化配置，一些寄存器只有在配置方式下才可以被修改，如 CNF1,CNF2,CNF3,TXRTSCTRL,接收過濾器寄存器，和接收過濾掩碼寄存器等。 MCP2510 復位后自動進入配置工作方式。 ●睡眠工作方式（ Sleep Mode）：在此方式下， MCP2510 進入省電狀態，但 SPI 接口還是工作著，所有寄存器可讀寫。總線狀態的變化可以激活此工作方式進入正常工作方式。 ●監聽工作方式（ Listen Only Mode）：在此方式下，節點不發送任何東西，節點接收所有的報文幀，包括錯誤的幀，可以讓控制工作在監聽工作方式下 從而監視總線和自動檢測波特率。 ●環路工作方式（ Loopback Mode）：控制器發送將發送緩沖區數據直接進入接收緩沖區，環路工作方式用于開發調試，此模式下不往總線送任何數據。 ●正常工作方式（ Normal Mode）： CAN 總線節點正常工作必須在此方式下，控制正常的發送和接收報文。 MCP2510中斷處理 MCP2510 控制器中斷源有：發送中斷，接收中斷，報文錯誤中斷，睡眠激活中斷，錯誤中斷。每個中斷源都有各自的中斷標志和中斷使能位。當設置為使能狀態下的中斷源發生中斷時， MCP2510 引腳 INT 輸出中斷信號，在系統電路中 INT 和微控制器的外部中斷輸入引腳相連，作為微控制器的外部中斷進行處理 [12]。 PCCAN 接口卡設計 由于 PC 機不能直接和 CAN 總線進行通信，因此，為了實現子節點和上位機交換數據，設計了 PCCAN 接口卡。 PCCAN 接口卡的功能： ●實現上位機串口的 RS232 與 CAN 總線間電平轉換； ●實現上位機串口波特率與 CAN 總線不同波特率間轉換； ●對 CAN 總線上每幀 8 個字節的數據包與上位機串口比特流的雙向轉換； ●實現傳送數據的 CRC 校驗及錯誤重發； 根據其作用需要 具備的特點： ●工作穩定； ●硬件簡單可靠； ●同時具有 CAN 總線通信功能以及串口通信功能； 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 硬件設計 21 ●運算速度能夠滿足在多子節點情況下的要求； 根據以上特點，選用了 PIC16F877 單片機作為接口卡的核心。 PIC16F877 本身支持4～ 20M 的晶振頻率。由于其單指令單周期的特點，其運算速度比同頻的 51 單片機快得多。因此使用 4M 的晶振已經能夠滿足需要。 PIC16F877 具有眾多的外設，包括通用同步 /異步收發器 USART。 USART 可以設置為與 PC 機進行通信的全雙工的異步通信系統，也可以被設置為與 A/D 或 D/A 接口 電路、串行 EEPROM 等進行通信的半雙工同步通信系統。利用它的全雙工異步方式，可以方便地與上位機進行全雙工的串口通信。 USART 支持的速率從 300bps～ 。 PIC16F877 內置主同步串行口 MSSP 模塊，用來與其它外圍串行接口或其它單片機芯片進行通信。這些外圍設備是串行 EEPROM、移位寄存器、顯示器或 A/D 轉換器。MSSP 有以下兩種工作方式： ●同步串行外圍接口 (SPI) ●芯片間總線 (I178。C) 而 Microchip 公司生產的 MCP2510 的 SPI 接口正好可以與 PIC16F877 完美的結 合。 CAN 接口芯片選用 Philips 生產的 PCA82C250[2]。 PCCAN 接口卡的系統原理如圖 6， CPU 的引腳設置見圖 7。 圖 6 PCCAN 接口卡 系統 原理圖 Canbus Interface chip PCA82C250 MAX232 PIC16F877 MCP2510 SPI CAN controller TTL PIC Single c