DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設計.doc

本科生課程設計（論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學工業(yè)控制網(wǎng)絡課程設計（論文）題目：DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設計院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 自動化093 學 號： 090302084 學生姓名： 宋進帥 指導教師： 起止時間： 2013.1.1-2013.1.11 14課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室： 學 號090302084學生姓名宋進帥專業(yè)班級自動化093設計題目DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設計課程設計（論文）任務實現(xiàn)功能DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設計，實現(xiàn)DSP與CAN總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換。設計硬件包括總線控制器、總線收發(fā)器及ATMEL系列單片機及DSP芯片等。軟件采用匯編語言或C語言，并調(diào)試與分析。設計任務及要求1、確定設計方案，畫出方案框圖。2、DSP與CAN總線通信系統(tǒng)硬件設計，包括元器件選擇。3、畫出硬件原理圖。4、繪出程序流程圖，并編寫初始化、接收及發(fā)送程序。5、要求認真獨立完成所規(guī)定的全部內(nèi)容；所設計的內(nèi)容要求正確、合理。6、按學校規(guī)定的格式，撰寫、打印設計說明書一份；設計說明書應在4000字以上。技術參數(shù)1、符合CAN2.0B規(guī)范；2、40米內(nèi)最高可達1Mbit/s；（設計選定傳輸速率為250K bit/s）3、抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾；4、可擴充110個節(jié)點；工作計劃1、布置任務，查閱資料，確定系統(tǒng)設計方案（2天）2、系統(tǒng)硬件設計及模塊選擇（3天）3、系統(tǒng)軟件設計及編寫功能程序及調(diào)試（3天）4、撰寫、打印設計說明書（1天）5、驗收及答辯。（1天）指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要CAN控制器局域網(wǎng)絡 ( Controller Area Network ,CAN )是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線 。它具有很高的網(wǎng)絡安全性 、通信可靠性和實時性 ,而且簡單實用 ,網(wǎng)絡成本低 ,特別適用于環(huán)境溫度惡劣 、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境 。數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領域得到極為廣泛的應用。德州儀器、Freescale等半導體廠商在這一領域擁有很強的實力。 本文是以DSP為微控制器的CAN 總線通信系統(tǒng)，以AT89C52作為智能節(jié)點，利用SJA1000 CAN總線控制器 與82C250 CAN總線收發(fā)器，進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，使DSP與CAN總線通信，從而控制CAN總線上的智能節(jié)點AT89C52。關鍵詞：DSP； CAN總線； 智能節(jié)點； SJA1000；目 錄第1章 緒論11.1 CAN總線概述11.2 CAN總線典型特征1第2章 系統(tǒng)的總體設計2第3章 系統(tǒng)硬件設計33.1 DSP選擇33.2單片機最小系統(tǒng)的設計33.3 CAN總線控制器SJA100043.4 收發(fā)器PCA82C25043.5 6N137光耦合器53.6 總體接線圖6第4章 系統(tǒng)軟件設計84.1初始化CAN控制器84.2信息的發(fā)送和接收10第5章 課程設計總結(jié)13參考文獻14第1章 緒論1.1 CAN總線概述CAN控制器局域網(wǎng)絡 ( Controller AreaNet work ,CAN )是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線 。它具有很高的網(wǎng)絡安全性 、通信可靠性和實時性 ,而且簡單實用 ,網(wǎng)絡成本低 ,特別適用于環(huán)境溫度惡劣 、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境 。CAN 總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r控制 。該總線的通信介質(zhì)可以是雙絞線 、同軸電纜或光纖。1.2 CAN總線典型特征( 1) CAN 總線為多主站總線 ,各節(jié)點可在任意時刻向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息 ,且不分主從 ；( 2) CAN 總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術 ,高優(yōu)先級節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù) ,故實時性好 ；( 3) CAN 總線具有點對點 、一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能 ；( 4) CAN 總線采用短幀結(jié)構 ,每幀有效字節(jié)數(shù)最多為 8 個 ,數(shù)據(jù)傳輸時間短 ,并有 CRC 及其他校驗措施 ,數(shù)據(jù)出錯率極低 ；( 5) CAN 總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤時 ,可自動脫離總線 ,而總線上的其他操作不受影響 ;( 6) CAN 總線系統(tǒng)擴充時 ,可直接將新節(jié)點掛在通信距離最遠可達 10 km ( 速率在 5 Kb/ s 以下) ；( 7) CAN 總線的最大傳輸速率可達 1 Mb/ s ,直接通信距離最遠可達 10 km ( 速率在 5 Kb/ s 以下)；( 8) CAN 總線上的節(jié)點數(shù)取決于總線驅(qū)動電路 ,在標準幀 ( 11 位報文標識符) 時 ,可達到 110 個 ,而在擴展幀 ( 29 位報文標識符) 時 ,個數(shù)不受限 。第2章 系統(tǒng)的總體設計系統(tǒng)是DSP與CAN總線通信系統(tǒng)的設計，DSP作為系統(tǒng)微處理器，AT89C52單片機作為DSP的智能節(jié)點，要求實現(xiàn)DSP與單片機通過CAN總線通信。本設計中主要講述無片內(nèi)CAN控制器的DSP與CAN總線的通訊。系統(tǒng)總體控制結(jié)構框圖如圖2.1所示：TMS320LF2407 AT89C52SJA1000CAN控制器SJA1000CAN控制器光耦隔離器光耦隔離器光耦隔離器光耦隔離器PCA82C250PCA82C250DSP地址數(shù)據(jù)控制總線傳感器繼電器CANBUS圖2.1 系統(tǒng)總體控制結(jié)構框圖 本系統(tǒng)中，AT89C52作為智能節(jié)點，連接輸入檢測信號和輸出控制信號與外界進行信息交換，并將數(shù)據(jù)進行初步處理。DSP作為微處理器對檢測數(shù)據(jù)進行總體處理，得出相應控制信號。SJA1000是CAN總線控制器，與82C250電平轉(zhuǎn)換器聯(lián)合使用將單片機與DSP信號轉(zhuǎn)換為CAN總線協(xié)議，通過CAN總線進行傳輸通信。高速光耦6N137連接SJA1000與82C250，增強了CAN總線節(jié)點的抗干擾能力。第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1 DSP選擇本設計中選用TMS320LF2407，TMS320LF2407控制器是TI 公司專為基于控制的應用而設計的，它將高性能的DSP內(nèi)核和豐富的微控制器外設功能集于單片之中，每秒執(zhí)行20 兆條指令的運算能力，幾乎所有的指令都可在50ns的單周期內(nèi)完成，使得TMS320F2407控制器能提供比傳統(tǒng)16位微控制器和處理器強大得多的性能。它具有以下一些特點： 32位中央算術邏輯單元，32累加器，16位*16位并行乘法器，3個定標移位器，8個16位輔助寄存器和一個用于數(shù)據(jù)存儲器間接尋址的專用算術單元；544字*16位片內(nèi)數(shù)據(jù)/程序雙口RAM;16K字*16 位片內(nèi)程序FLASH，224K字*16 位最大尋址存儲范圍，支持硬件等待狀態(tài)；四級流水線操作，八級硬件堆棧，六個外部中斷；兼容TMS320C2系列DSP 的指令集；12路比較/PWM; 通道，3個16位通用定時器，3個具死區(qū)功能的全比較單元，3 個單比較單元，4個捕獲單元；雙10位A/D 轉(zhuǎn)換器；28個可單獨編程的多路復用I/O引腳；基于鎖相環(huán)（PPL）的時鐘模塊；帶實時中斷的看門狗定時器模塊；串行通信接口（SCI）和串行外設接口（SPI）。3.2單片機最小系統(tǒng)的設計采用AT89C52單片機作為系統(tǒng)的控制器。它是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。時鐘使用外部時鐘電路晶振選擇12MHz。復位電路使用上電加手動的復位電路。圖3.1 單片機最小系統(tǒng)圖3.3 CAN總線控制器SJA1000SJA1000 是一種獨立控制器，用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡控制（CAN），它是PHILIPS半導體PCA82C200 CAN 控制器BasicCAN 的替代產(chǎn)品而且它增加了一種新的工作模式PeliCAN, 這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B 協(xié)議. 圖3.2 SJA1000實物圖3.4 收發(fā)器PCA82C250PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，該器件對總線提供差動發(fā)送能力并對CAN控制器提供差動接收能力。 圖3.3 82C250實物圖82C250抗瞬間干擾，保護總線；斜率控制，降低射頻干擾（RFI）；差分接收器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾（EMI）；熱保護；防止電池和地之間的短路；高速率（最高可達1Mbps）；具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護總線能力 ；采用斜率控制（Slope Control），降低射頻干擾（RFI）； 過熱保護； 總線與電源及地之間的短路保護；低電流待機模式。3.5 6N137光耦合器6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850 nm波長AlGaAs LED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。特性：轉(zhuǎn)換速率高達10MBit/s；擺率高達10kV/us；扇出系數(shù)為8；邏輯電平輸出；集電極開路輸出；工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA 最大輸入電流，高電平：15mA 最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v 最大允許高電平電壓：Vcc 最大電源電壓、輸出：5.5V 扇出(TTL負載)：8個(最多) 工作溫度范圍：-40C to +85C 典型應用：高速數(shù)字開關，馬達控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等 圖3.4 6N137引腳圖信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。3.6 總體接線圖本系統(tǒng)采用的總線控制器是SJA1000，為增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000通過高速光耦6N137后與PCA82C250相連，這樣能很好地實現(xiàn)本系統(tǒng)與CAN總線的電氣隔離，圖3.5為CAN總線控制器總仙女驅(qū)動電路連接圖。圖3.5 CAN總線控制器，總線驅(qū)動器電路連接圖TMS320LF2407內(nèi)部集成一個完全的CAN控制器，CAN控制器通過CAN驅(qū)動芯片PCA82C250與其它CAN控制器進行通信。TMS320LF2407用3.7V供電，而PCA82C250用5V供電。TMS320LF2407通過高速光耦6N137后與82C250相連，增強了CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，圖3.6為TMS320LF2407 CAN通信系統(tǒng)硬件電路設計圖。圖3.6 TMS320LF2407 CAN通信系統(tǒng)硬件電路設計圖第4章 系統(tǒng)軟件設計4.1初始化CAN控制器在使用CAN控制器錢必須對他的一些內(nèi)部寄存器進行設置，如位配置寄存器的設置及對郵箱進行初始化。（1）初始化或重新設置位配置寄存器。位配置寄存器主要由BCR1和BCR2兩個寄存器組成，BCR1和BCR2寄存器決定了CAN控制器的通信波特率、同步跳轉(zhuǎn)寬度、采樣次數(shù)和重同步方式。（2）初始化郵箱。對郵箱初始化主要是設置郵箱的標識符，發(fā)送的是遠程幀還是數(shù)據(jù)幀及對發(fā)送的數(shù)據(jù)區(qū)（即對MBXnAMBXnD）賦初值。開始初始化處理其他控制程序是否有接受中斷是否有發(fā)送請求調(diào)用發(fā)送程序接收中斷程序是否否圖4.1 系統(tǒng)軟件流程圖基本模式下SJA1000的初始化 CAN00=0x01; CAN04=L_CONTROLLER; /*站地址*/ CAN05=0; CAN06=0x47; /*波特率為50Kbps*/ CAN07=0x2f; CAN08=0xaa; /*下拉輸出*/ CAN00=0x72; 擴展方式下SJA1000的初始化 while(!(MOD_CAN&0x01) MOD_CAN=0x01; /進入復位狀態(tài) CDR_CAN=0xC8;/初始化時鐘分頻寄存器 IER_CAN=0x01;/允許接收中斷 BTR0_CAN=0x01; BTR1_CAN=0x1C;/初始化兩個總線定時寄存器 OCR_CAN=0xDA;/設置輸出控制寄存器 ACR0_CAN=0x01;/設置接收濾波器。接收碼寄存器、接收屏 ACR1_CAN=0x01;/蔽寄存器的設置與該節(jié)點所要接收的報文 ACR2_CAN=0x01;/有關。設置原則是：接收屏蔽寄存器中少 ACR3_CAN=0x02;/設置“不關心”位，盡可能將不需要的報 AMR0_CAN=0; /文過濾掉。 AMR1_CAN=0X03; AMR2_CAN=0; AMR3_CAN=0; MOD_CAN=0x00;/進入運行狀態(tài)，雙濾波方式 4.2信息的發(fā)送和接收CAN控制器的發(fā)送郵箱有郵箱4和郵箱5及被配置為發(fā)送方式的郵箱2和郵箱3在數(shù)據(jù)到發(fā)送郵箱的數(shù)據(jù)區(qū)后，如果相應的發(fā)送請求位使能，則信息幀被發(fā)送到CAN總線上。CAN控制器的接收郵箱有郵箱0和郵箱1及被配置為接收方式的郵箱2和郵箱3。接收郵箱初始化時要設置其標識符及標識符有關的局部屏蔽寄存器（LAM）初始化清楚TRS=0禁止郵箱MEo=0配置郵箱的標示符，控制區(qū)和方向使能郵箱MEo=1寫數(shù)據(jù)到郵箱數(shù)據(jù)區(qū)設置發(fā)送請求位TRSo=1TAo=1？復位TRSo=0，TAo=0發(fā)送結(jié)束開始禁止郵箱MEo=0設置局部接收屏蔽寄存器LAN設置郵箱為接收郵箱MDo=0保護郵箱數(shù)據(jù)不被覆蓋OPCo=1使能郵箱MEo=1RMPo=1?復位接收掛起位丟失標志位 RMPo=0接收結(jié)束圖4.3接收中斷程序圖4.2 發(fā)送程序接收和發(fā)送子程序定時檢測SJA1000是否總線脫離timer0() interrupt 1 /*定時檢測SJA1000是否總線脫離*/ if(CAN02&0x80)=0x80) CAN00=0x01;/*若脫離,則將SJA1000復*/ CAN00=0x72; /*在進入正常工作方式*/ if(CAN12&0x80)=0x80) CAN10=0x01; CAN10=0x72; WDOG=!WDOG;發(fā)送數(shù)據(jù)子函數(shù) void transfer0()/向他站發(fā)送數(shù)據(jù)子函數(shù) unsigned int i; for(i=0;i500;i+) word=CAN02; if(word&0x04)=0x04)/TBF是否可寫 for(i=0;i10;i+) /是,則寫入報文 CAN010+i=traini; CAN01=0x01;/發(fā)送 return;/發(fā)送成功后返回 接收中斷子程序int0() interrupt 0/*0號CAN口接收中斷子程序*/ unsigned char i; word=CAN03; /*word-224*/ if(word&0x08) /*是否超載*/ CAN01=0x08; /*是,則清除超載狀態(tài)*/if(word&0x01) /*若有接收中斷*/ if(rec_frameMAX_FRAME) for(i=0;i8;i+) canbufrec_framei=CAN020+2+i;/*則將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)*/ for(i=0;i7;i+) canbufrec_frame7-i=canbufrec_frame6-i; canbufrec_frame0=6; rec_frame+; CAN01=0x0c; /*