畢業(yè)論文-基于ARM的CAN總線智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)本課題的題目是基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì) 摘要本設(shè)計(jì)是智能照明控制系統(tǒng)。它基于CAN總線。在設(shè)計(jì)中，我們使用主從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。通過主節(jié)點(diǎn)與多個(gè)從節(jié)點(diǎn)之間的主通信，實(shí)現(xiàn)對照明設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。主節(jié)點(diǎn)使用ARM7系列XP LPC 2119微處理器，集成了內(nèi)部CAN控制器和PCA 82 c 250收發(fā)器，設(shè)計(jì)了主節(jié)點(diǎn)的硬件原理圖，并創(chuàng)建了主節(jié)點(diǎn)的硬件電路板。從節(jié)點(diǎn)使用STC89C52microcontrollerSJA1000單機(jī)版控制器和PCA 82 c 250 can bust transce iver design from the henoderware sc

2、hematic diagram并創(chuàng)建兩個(gè)節(jié)點(diǎn)電路板。通過將主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)電路板放入主網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和若干從節(jié)點(diǎn)照明控制局域網(wǎng)。利用該網(wǎng)絡(luò)對總線照明控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)測試。本文詳細(xì)介紹了CAN總線的主從節(jié)點(diǎn)、軟硬件設(shè)計(jì)原理、CAN總線通信原理、can總線應(yīng)用層協(xié)議的制定、SD卡存儲技術(shù)、tft彩色顯示、觸摸屏技術(shù)等實(shí)用友好的接口。TFT LCD是這種設(shè)計(jì)中最出色的一個(gè)。在設(shè)計(jì)中，我們模擬了工業(yè)控制流程圖，涉及到工藝流程、照明設(shè)備、板卡，精心繪制顯示。進(jìn)而使控制系統(tǒng)更加清晰形象和生動(dòng)。先進(jìn)便捷的觸摸屏輸入技術(shù)是設(shè)計(jì)的第二大亮點(diǎn)。因?yàn)樗鼮樗姓咛峁┝朔奖愕妮斎搿５谌齻€(gè)亮點(diǎn)是光設(shè)備離線檢

3、測。所以我們不時(shí)用ask，fromthenodeofflinedetection。簡而言之，在本設(shè)計(jì)中，主節(jié)點(diǎn)對多路遠(yuǎn)程設(shè)置和監(jiān)控功能進(jìn)行了研究。獨(dú)立設(shè)置的從節(jié)點(diǎn)，控制lampdeviceofthenodefromthenode的功能。整個(gè)系統(tǒng)是可靠的，正常的通信，通信擁塞，崩潰等等。開發(fā)具有一定應(yīng)用價(jià)值的系統(tǒng)軟硬件，實(shí)現(xiàn)有效的控制照明設(shè)備。關(guān)鍵詞:CAN總線；節(jié)點(diǎn)；照明控制；TFT觸摸屏技術(shù)；sd卡目錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160719 摘要I HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160720 A

4、bstractII HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160721 1緒論1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160722 1.1 課題背景1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160723 1.2 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)狀1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160724 1.3 課題的提出與意義2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160725 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160726 2.1 設(shè)計(jì)要求3 HYPE

5、RLINK l _RefHeading_Toc326160727 2.2 總體設(shè)計(jì)方案3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160728 2.2.1 設(shè)計(jì)思路3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160729 2.2.2 方案論證與比較4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160730 主控制器4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160731 CAN控制器選擇4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160732 CAN收發(fā)器5 HYPERLINK l _RefHea

6、ding_Toc326160733 CAN通信電纜5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160734 2.2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160735 3硬件設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160736 3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160737 3.2 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160738 3.2.1 主節(jié)點(diǎn)單元電路設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l _RefHeading_

7、Toc326160739 ARM7最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160740 TFT彩屏電路設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160741 SD卡接口電路設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160742 CAN總線電路設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160743 蜂鳴器與ISP下載選擇電路設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160744 鍵盤電路設(shè)計(jì)13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc3

8、26160745 電源電路設(shè)計(jì)13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160746 串口通信電路設(shè)計(jì)14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160747 3.2.2 從節(jié)點(diǎn)單元電路設(shè)計(jì)14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160748 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160749 液晶接口電路設(shè)計(jì)16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160750 CAN總線電路設(shè)計(jì)18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160

9、751 鍵盤電路設(shè)計(jì)21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160752 串口通信電路設(shè)計(jì)22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160753 4軟件設(shè)計(jì)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160754 4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160755 4.1.1 主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160756 4.1.2 從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160757 4

10、.2 系統(tǒng)程序模塊設(shè)計(jì)24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160758 4.2.1 主節(jié)點(diǎn)程序模塊設(shè)計(jì)24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160759 初始化模塊程序設(shè)計(jì)25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160760 CAN協(xié)議模塊設(shè)計(jì)27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160761 TFT液晶顯示模塊設(shè)計(jì)31 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160762 觸摸屏模塊程序設(shè)計(jì)34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160

11、763 SD驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)35 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160764 串口驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160765 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160766 4.2.2 從節(jié)點(diǎn)程序模塊設(shè)計(jì)38 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160767 初始化程序模塊設(shè)計(jì)39 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160768 CAN協(xié)議模塊設(shè)計(jì)40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc32616076

12、9 照明信號數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)41 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160770 鍵盤掃描與處理模塊設(shè)計(jì)42 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160771 照明燈定時(shí)控制模塊設(shè)計(jì)43 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160772 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)44 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160773 5系統(tǒng)測試46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160774 5.1 測試準(zhǔn)備46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160775 5.1

13、.1 測試條件46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160776 5.1.2 硬件環(huán)境46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160777 5.1.3 軟件環(huán)境46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160778 5.2 測試系統(tǒng)46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160779 5.2.1 測試項(xiàng)目46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160780 5.5.2 測試步驟47 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160781 5.2.3

14、 測試結(jié)果48 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160782 6結(jié)束語52 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160783 致53 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160784 參考文獻(xiàn)54 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160785 附錄1 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)原理圖55 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160786 附錄2 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)PCB板圖56 HYPERLINK l _RefHeading_Toc32616078

15、7 附錄3 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)程序清單581導(dǎo)言1.1主題背景現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表、控制系統(tǒng)和控制室之間的全分布式、全數(shù)字化、智能化、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通生產(chǎn)過程中現(xiàn)場級控制設(shè)備與其上級控制管理之間的聯(lián)系?，F(xiàn)場總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展的趨勢，自誕生以來就成為全球自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)。它的出現(xiàn)導(dǎo)致了當(dāng)前生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備的深刻變化。照明是利用各種光源照亮工作和生活場所或個(gè)別物體的一種措施。利用太陽能和天光的稱為“自然采光”，利用人工光源的稱為“人工采光”。照明控制是控制照明質(zhì)量和數(shù)量，調(diào)節(jié)各種光

16、源使用狀態(tài)的具體手段，包括人工光源和自然光源，以達(dá)到更加舒適、美觀、節(jié)能的照明環(huán)境。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們物質(zhì)精神生活水平的提高，照明不僅要滿足人們視覺亮度的要求，還要滿足藝術(shù)性的要求。要?jiǎng)?chuàng)造豐富多彩的意境給人欣賞。自1973年世界發(fā)生第一次能源危機(jī)以來，國際社會(huì)越來越重視照明節(jié)能，提出了“綠色照明”的概念。照明控制在綠色照明工程的發(fā)展中起著非常重要的作用，這也在很大程度上促進(jìn)了照明控制技術(shù)的發(fā)展。因此，本課題就是利用CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)和性價(jià)比高、安全可靠的照明設(shè)備組成CAN網(wǎng)絡(luò)智能照明控制系統(tǒng)。因?yàn)樯婕暗较嚓P(guān)的總線技術(shù)，我先介紹一下它的內(nèi)容。1.2現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)狀(1)系統(tǒng)是開放的

17、。(2)具有互通性和互操作性。(3)使現(xiàn)場設(shè)備智能化和功能自主化。(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散。(5)對野外環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。(6)系統(tǒng)成本低，性能高。80年代中期，德國、法國等歐洲國家的一些大公司相繼推出了自己的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，并制定了自己相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。90年代以來，現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了百家爭鳴的局面。全世界開發(fā)了幾十種現(xiàn)場總線。然而，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，這些現(xiàn)場總線產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)日益明顯。這些現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸變得有影響力，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示出其優(yōu)勢。CAN局部控制網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。它是多主總線。網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)都可以隨時(shí)主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，無論主從。節(jié)點(diǎn)之間有優(yōu)先級

18、，所以通信方式靈活?？梢酝ㄟ^多種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，例如點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)(群組)和全局廣播。使用CAN無損位仲裁技術(shù)和優(yōu)先級發(fā)送可以大大節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間，在重負(fù)載下表現(xiàn)良好。它最早用于汽車行業(yè)，隨著CAN總線技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。如今在機(jī)器人、數(shù)控技術(shù)、自動(dòng)化儀表、航空工業(yè)等領(lǐng)域都能看到CAN的影子。1.3課題的提出及意義自1973年世界發(fā)生第一次能源危機(jī)以來，國際社會(huì)越來越重視照明節(jié)能，提出了“綠色照明”的概念。照明控制在綠色照明工程的發(fā)展中起著非常重要的作用，這也在很大程度上促進(jìn)了照明控制技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的照明控制技術(shù)主要以手動(dòng)照明控制為主，只能實(shí)現(xiàn)簡單的開關(guān)控制和調(diào)光

19、控制。使用電氣參數(shù)(電壓、電流、頻率等。)設(shè)置在燈電路中實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制。這種傳統(tǒng)的照明控制模式，功能簡單，布線復(fù)雜，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)等的發(fā)展。使用現(xiàn)場總線的智能節(jié)點(diǎn)組成局部控制網(wǎng)絡(luò)，形成網(wǎng)絡(luò)化控制，將成為智能照明控制的發(fā)展趨勢。因此，有必要研究照明控制在現(xiàn)場總線上的應(yīng)用，因?yàn)橛斜匾芯楷F(xiàn)場總線與照明控制相結(jié)合的技術(shù)。而CAN總線是現(xiàn)場總線的杰出代表之一，因此研究CAN總線對照明的控制具有重要的意義。這不僅促進(jìn)了智能照明控制技術(shù)的發(fā)展，也拓寬了現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域。還能實(shí)現(xiàn)“綠色照明”，節(jié)約能源。考慮到照明控制技術(shù)與現(xiàn)場總線技

20、術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了智能網(wǎng)絡(luò)照明控制系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢，我們有必要研究基于現(xiàn)場總線局域網(wǎng)的智能照明控制技術(shù)?；诖?，本課題提出了基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題的主要任務(wù)是研究CAN總線在智能照明設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，開發(fā)三個(gè)智能CAN總線節(jié)點(diǎn)，并利用這三個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)CAN總線局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離多節(jié)點(diǎn)照明控制方案。設(shè)計(jì)中采用一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)，通過主節(jié)點(diǎn)控制兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)上的兩個(gè)照明燈，照明燈由AC220V供電，并制作繼電器控制模塊，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電弱電隔離。通過長距離(約20米)多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化控制測試，幾乎滿足了實(shí)際照明控制系統(tǒng)的所有要求，具有較大的實(shí)際應(yīng)用意義。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求

21、本課題要求設(shè)計(jì)一種基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用主從節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，通過主節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)從節(jié)點(diǎn)的照明燈。系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，模擬應(yīng)用現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。主節(jié)點(diǎn)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控各從節(jié)點(diǎn)照明燈開關(guān)時(shí)間和狀態(tài)的功能。在主節(jié)點(diǎn)上，主節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)設(shè)置所有從節(jié)點(diǎn)燈光開關(guān)時(shí)間和狀態(tài)，從節(jié)點(diǎn)也可以隨時(shí)設(shè)置本節(jié)點(diǎn)燈光設(shè)備的開關(guān)條件。此外，無論照明設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)或剩余時(shí)間在哪里發(fā)生變化，主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)上的顯示都可以實(shí)時(shí)更新。此外，該系統(tǒng)還具有離線檢測、通信指示和操作指示功能。當(dāng)從設(shè)備被手動(dòng)從總線上移除或者節(jié)點(diǎn)由于總線部分?jǐn)嚅_而離線時(shí)，可以實(shí)時(shí)顯示在主節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控界面上。此外，系統(tǒng)具有通信

22、失敗指示，當(dāng)與主節(jié)點(diǎn)連接的總線斷開時(shí)，主節(jié)點(diǎn)會(huì)做出相應(yīng)的通信異常指示。2.2總體設(shè)計(jì)方案2.2.1設(shè)計(jì)理念本設(shè)計(jì)是基于CAN總線的現(xiàn)場測控網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)中采用主從總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)間的信息交換。另外，采用了CAN總線的雙接受過濾技術(shù)，保證同時(shí)支持CAN總線的點(diǎn)對點(diǎn)通信和廣播通信模式，為節(jié)點(diǎn)間的正確通信打下了良好的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)的工作流程是:首先，主節(jié)點(diǎn)通過觸摸屏輸入各從節(jié)點(diǎn)的燈光控制信息，點(diǎn)擊確定后，將各從節(jié)點(diǎn)的設(shè)置信息點(diǎn)對點(diǎn)發(fā)送給各從節(jié)點(diǎn)，然后通過廣播向各從節(jié)點(diǎn)發(fā)送啟動(dòng)燈光信號，保證各從節(jié)點(diǎn)燈光同時(shí)啟動(dòng)。在從節(jié)點(diǎn)設(shè)備接收到燈設(shè)置信息和確定信號之后，從節(jié)點(diǎn)解包并翻譯接收到的信息，并且生成照明開

23、關(guān)控制信號和定時(shí)器控制信號以控制燈設(shè)備。在正常操作模式(非設(shè)置模式)下，主節(jié)點(diǎn)連續(xù)向每個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀。只有當(dāng)從節(jié)點(diǎn)收到以自身節(jié)點(diǎn)號為目標(biāo)地址的數(shù)據(jù)請求幀時(shí)，才會(huì)將自身照明設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)和剩余時(shí)間發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新和顯示，從而實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)對從節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)改變其自身的燈控制信息時(shí)，主節(jié)點(diǎn)不斷地從從節(jié)點(diǎn)請求數(shù)據(jù)，因此每個(gè)從節(jié)點(diǎn)的燈信息也可以在主節(jié)點(diǎn)上動(dòng)態(tài)更新。為了實(shí)現(xiàn)離線檢測功能，主節(jié)點(diǎn)檢查每個(gè)從節(jié)點(diǎn)是否在指定時(shí)間向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送了數(shù)據(jù)。如果沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，則認(rèn)為從節(jié)點(diǎn)已從總線斷開，即節(jié)點(diǎn)離線。否則，從節(jié)點(diǎn)處于在線狀態(tài)。在運(yùn)行指示功能中，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)的主程序停止運(yùn)行時(shí)，表示運(yùn)行異常。實(shí)現(xiàn)如

24、下:首先定義一個(gè)全局變量WorkCount，在主節(jié)點(diǎn)主程序的while循環(huán)中自動(dòng)添加。當(dāng)while循環(huán)執(zhí)行一次時(shí)，變量將增加1。當(dāng)變量達(dá)到某個(gè)設(shè)定的閾值時(shí)，它將進(jìn)入反向運(yùn)行指示器的狀態(tài)，并重置工作計(jì)數(shù)，這樣當(dāng)主程序仍在運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行指示器將保持閃爍。2.2.2方案論證和比較考慮到實(shí)際因素的制約，無法考慮成本高和實(shí)驗(yàn)室難以制造的設(shè)備。由于照明設(shè)備所處的環(huán)境差異較大，有些環(huán)境比較惡劣，所以在降低成本的同時(shí)需要保證數(shù)據(jù)通信的可靠性。因此，在選擇器件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮上述因素。主控制器對于從節(jié)點(diǎn)MCU的選擇，我們使用常用的STC89系列MCU，如STC89C52。選擇這種MCU的原因:(1)從節(jié)點(diǎn)功能單一，

25、程序量小，使用這種類型的單片機(jī)不需要擴(kuò)展程序內(nèi)存。(2)起數(shù)據(jù)采集和輸出控制作用的智能從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)會(huì)隨時(shí)間發(fā)送出去，所需的本地存儲器容量不大，采用這種類型的單片機(jī)不需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器；(3)選擇這種類型的單片機(jī)，可以使用德國Keil公司生產(chǎn)的Keil軟件開發(fā)工具，該工具在代碼生成方面處于世界領(lǐng)先地位。這個(gè)開發(fā)工具很容易獲得，界面友好，我們也很熟悉。具有兼容MCS-51的頭文件，編程方便，開發(fā)周期短，開發(fā)效率高。因此，我們選擇STC89C52單片機(jī)作為從節(jié)點(diǎn)的主控制器。(4)STC89系列單片機(jī)具有豐富的中斷和計(jì)數(shù)器資源；指令與MCS51兼容，方便編寫軟件。經(jīng)過比較，選擇STC89C52單片機(jī)作

26、為智能從節(jié)點(diǎn)的主控芯片。對于主節(jié)點(diǎn)來說，由于需要較大的RAM容量來存儲和處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)燈的數(shù)據(jù)，并且為了建立友好的人機(jī)界面，還需要彩屏、觸摸屏、SD卡、串口、蜂鳴器、CAN接口電路等外設(shè)。程序比較大，需要的ROM大。另外，主節(jié)點(diǎn)需要處理大量的數(shù)據(jù)，這就要求運(yùn)算速度很快。乘法常用于數(shù)據(jù)處理。然而，普通的STC89C52單片機(jī)運(yùn)算速度慢，RAM和ROM小，沒有集成硬件乘法器和CAN控制器。因此，沒有選擇STC89C52單片機(jī)作為主節(jié)點(diǎn)的主控制器。LPC2119ARM微處理器運(yùn)行速度快，其16KRAM和128K閃存可以滿足主節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存需求。此外，LPC2119處理器集成了硬件乘法器和can控制器，可以

27、提高可靠性和降低制造成本。另外LPC2119處理器功耗低，只需要3.3V和1.8V電源，功耗更低。因此，主節(jié)點(diǎn)采用恩智浦公司生產(chǎn)的LPC2119微處理器作為主控制器?？刂破鬟x擇CAN控制器的選擇會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)的成本產(chǎn)生很大的影響。目前市場上的can控制器可以分為嵌入式MCU(或DSP)和獨(dú)立CAN控制器兩大類。(1)主節(jié)點(diǎn)CAN控制器的選擇由于主節(jié)點(diǎn)選用LPC2119處理器，其部分集成了CAN控制器，所以主節(jié)點(diǎn)不需要選擇獨(dú)立的CAN控制器。(2)從節(jié)點(diǎn)中選擇CAN控制器考慮到從節(jié)點(diǎn)控制任務(wù)簡單，為了降低成本，選用了常用的STC89C52作為主控制器，其部分沒有集成CAN控制器，所以選用了獨(dú)立的C

28、AN控制器芯片。這里用的是飛利浦公司的獨(dú)立CAN控制器SJA1000，是目前國內(nèi)市場上最流行的。它與單片機(jī)的接口簡單，訪問SJA1000就像訪問單片機(jī)的外部RAM一樣。操作簡單方便。而且SJA1000是支持CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器芯片，價(jià)格也不高。它可以在線封裝并且易于制造。因此，我們選擇SJA1000作為從節(jié)點(diǎn)的CAN控制器。收發(fā)器對于CAN收發(fā)器，雖然有TJA1050、PCA82C252、CF15、Si9200但是PCA82C250在市場上應(yīng)用廣泛，有很多相關(guān)的設(shè)計(jì)，所以選擇PCA82C250作為CAN收發(fā)器。CAN通信電纜為了提高CAN總線通信的可靠性和抗干擾能力，我們采用雙絞線

29、作為CAN總線通信電纜。雙絞線減少了自身對外界的電磁輻射，同時(shí)提高了對外界電磁輻射的抗干擾能力。此外，當(dāng)平行對傳輸高頻信號時(shí)，由于兩條線之間的電容，信號相位會(huì)滯后。當(dāng)并聯(lián)線對絞合時(shí)，同時(shí)會(huì)形成串聯(lián)電感，抵消電容的影響，從而提高通信可靠性。2.2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)主要采用主從總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、布線容易、成本低、易于編程的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)由CAN主節(jié)點(diǎn)、多個(gè)CAN從節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器和燈具設(shè)備組成。在主節(jié)點(diǎn)上，您可以設(shè)置或監(jiān)控所有從節(jié)點(diǎn)的開關(guān)燈狀態(tài)和剩余時(shí)間。從節(jié)點(diǎn)也可以設(shè)置自己的燈狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信和廣播傳輸，保證幀信息的正確到達(dá)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示:CA

30、N_LCAN_H120120CAN1(從節(jié)點(diǎn))CAN2(從節(jié)點(diǎn))卡恩(從節(jié)點(diǎn))CAN0(主節(jié)點(diǎn))1盞照明燈2盞照明燈照明燈圖2.1整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖智能通信節(jié)點(diǎn)主要由三部分組成:MCU處理器、CAN總線控制器和相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備。首先，主節(jié)點(diǎn)通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)向特定的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送帶有照明控制信號的控制信息。從節(jié)點(diǎn)接收到控制信息后，根據(jù)主節(jié)點(diǎn)的控制要求，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚a(chǎn)生特定的照明控制信號，從而控制相應(yīng)的照明設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的定時(shí)開關(guān)控制。同時(shí)，從節(jié)點(diǎn)不斷采集相應(yīng)照明燈具的開關(guān)狀態(tài)、當(dāng)前剩余時(shí)間等數(shù)據(jù)，通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行顯示，從而實(shí)現(xiàn)對各照明設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，照明燈的控制信號

31、可以設(shè)置在照明設(shè)備現(xiàn)場的從節(jié)點(diǎn)上，也可以設(shè)置在控制室的主節(jié)點(diǎn)上。無論照明設(shè)備的控制信號在哪里發(fā)生變化，主從節(jié)點(diǎn)上的顯示狀態(tài)都可以實(shí)時(shí)刷新。使得系統(tǒng)控制靈活方便。3硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括主節(jié)點(diǎn)的硬件電路結(jié)構(gòu)和從節(jié)點(diǎn)的硬件電路結(jié)構(gòu)，以及繼電器模塊。主節(jié)點(diǎn)由LPC2119ARM7處理器、TFT彩色觸摸屏、串口、SD卡、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路、蜂鳴器、JTAG接口、獨(dú)立鍵盤、電源電路等模塊組成。主節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。圖3.1主節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)從節(jié)點(diǎn)由STC89C52單片機(jī)、LCM1602液晶顯示模塊、串口、獨(dú)立鍵盤、SJA1000組成CAN控制器電路、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路

32、、繼電器控制電路等模塊。從節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。圖3.2從節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)3.2系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)3.2.1主節(jié)點(diǎn)單元電路設(shè)計(jì) arm 7最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)LPC2119最小系統(tǒng)電路主要由LPC2119ARM7處理器、時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路組成。振蕩器電路采用給定模式，外接一個(gè)11.0592MHZ晶體振蕩器和兩個(gè)22pF啟動(dòng)電容。外部晶振和處理器單元的反相器組成振蕩電路，產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘，經(jīng)PLL(或旁路PLL)倍頻后為CPU提供工作時(shí)鐘。復(fù)位電路采用阻容復(fù)位電路。由于LPC2119微處理器的有效復(fù)位信號為低電平，電容接地，電容的另一端接復(fù)位端口，保證復(fù)位端口為高電平，從而處于正常工作模式。LPC

33、2119最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3 LPC 2119最小系統(tǒng)電路原理圖 TFT彩屏電路設(shè)計(jì)TFT彩屏電路包括彩屏模塊電路(可移動(dòng)部分)和控制器與彩屏模塊之間的接口電路。其中彩屏模塊電路主要由TFT液晶電路、觸摸屏電路和背光電路組成。觸摸屏采用4線電阻式觸摸屏，觸摸屏控制器采用12位A/D轉(zhuǎn)換精度的XPT2046芯片。TFT模塊的電路原理圖如圖3.4所示。圖3.4 TFT液晶模塊電路原理圖TFT LCD模塊接口電路原理圖是處理器和TFT LCD模塊接口之間電路的一部分。它主要由一個(gè)34針雙列直插式插座和少量電阻電容組成，用于為TFT液晶模塊提供一個(gè)連接TFT液晶模塊和處理器的插

34、頭接口。TFT模塊接口電路原理圖如圖3.5所示。圖3.5 tft LCD模塊接口電路示意圖sd卡接口電路的設(shè)計(jì)SD卡(安全數(shù)字存儲卡)，中文翻譯為安全數(shù)字存儲卡，是基于半導(dǎo)體閃存的新一代存儲設(shè)備。它廣泛用于便攜式設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和多媒體播放器。SD卡是1999年8月由日本松下、東芝和美國SanDisk公司聯(lián)合開發(fā)的。SD存儲卡，郵票大小，僅重2克，但存儲容量大，數(shù)據(jù)傳輸速率快，移動(dòng)性大，安全性好。SD卡有兩種工作模式，即SD模式和SPI模式。這里由于LPC2119處理器沒有SD卡接口，SD模式復(fù)雜，所以采用SPI接口模式操作SD卡。SD卡剛連接時(shí)，默認(rèn)工作模式是SD模式

35、，可以通過SD指令切換到SPI模式。然后通過SPI總線讀寫SD卡。SD卡的引腳CD(CS)、CMD(MOSI)、DATA0(MISO)和CLK(SCLK)分別連接到處理器LPC2119的P0.4、P1.17、P1.19和P1.17。利用IO口模擬SPI總線操作，讀寫SD卡數(shù)據(jù)。SD卡接口電路原理圖如圖3.6所示。圖3.6卡接口電路示意圖總線電路設(shè)計(jì)CAN總線電路主要包括CAN控制器和CAN總線驅(qū)動(dòng)器。CAN控制器主要集成在LPC2119ARM處理器中，所以這里不介紹它的硬件。這里主要詳細(xì)介紹CAN總線驅(qū)動(dòng)電路。本設(shè)計(jì)采用了恩智浦公司生產(chǎn)的應(yīng)用最廣泛的CAN總線收發(fā)器PCA82C250。主要用于

36、汽車中高速領(lǐng)域，支持ISO-11898標(biāo)準(zhǔn)。PCA82C250是CAN控制器和物理總線之間的接口。它提供了總線的差分發(fā)送和接收能力，增加了通信距離，提高了系統(tǒng)的瞬時(shí)抗干擾能力，保護(hù)了總線，減少了射頻干擾。它具有限流電路，可以防止傳輸和輸出級對電源、地或負(fù)載短路。雖然發(fā)生短路時(shí)功耗會(huì)增加，但不會(huì)損壞輸出級。如果結(jié)溫超過160左右，兩個(gè)發(fā)射器輸出端的限制電流會(huì)降低，發(fā)射器是功耗的主要部分，從而限制了芯片的溫升。設(shè)備的所有其他部分將繼續(xù)工作。PCA82C250采用雙線差分驅(qū)動(dòng)，有助于抑制惡劣電氣環(huán)境下的瞬態(tài)干擾。PCA82C250具有以下特性:符合ISO-11898標(biāo)準(zhǔn)。高速(最高1 Mbps)；總

37、線保護(hù)能力，可以抵抗汽車環(huán)境下的瞬時(shí)干擾；采用斜率控制降低射頻干擾(RFI)；差分接收機(jī)，寬帶抗共模干擾，抗電磁干擾(EMI)；過熱保護(hù)；母線和電源與地之間的短路保護(hù)；低電流待機(jī)模式。未通電的節(jié)點(diǎn)對總線沒有影響；總線可以連接至少110個(gè)節(jié)點(diǎn)。PCA82C250引腳圖如圖3.7所示，引腳功能描述如表3.1所示。表3.1 PCA82C250引腳標(biāo)志別針功能描述數(shù)據(jù)發(fā)送一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)輸入地線2陸地VCC三供電電壓接收數(shù)據(jù)四接收數(shù)據(jù)輸出參考電壓（VoltageReference）五基準(zhǔn)電壓輸出CANH六低電平CAN電壓輸入/輸出加拿大自然歷史博物館七高電平CAN電壓輸入/輸出同悅八斜坡電阻輸入圖3.7

38、PCA 82 c 250的引腳圖CAN總線驅(qū)動(dòng)電路主要由CAN總線收發(fā)器PCA82C250、收發(fā)器指示電路、終端電阻等組成。當(dāng)跳線P3短路時(shí)，120歐姆的終端電阻連接在CAN_H和CAN_L之間，這可以由用戶選擇。P4是CAN總線接口，連接到外部總線。LEDs D7、D8用于指示CAN總線的發(fā)送和接收，R15是一個(gè)斜率電阻。可以通過改變R15的電阻值來改變發(fā)射器晶體管的上升和下降斜率，以減少射頻RFI干擾。CAN總線驅(qū)動(dòng)電路如圖3.8所示。圖3.8 CAN總線驅(qū)動(dòng)電路蜂鳴器和ISP下載選擇電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器電路由S8550三極管、蜂鳴器和電阻組成。三極管主要作為電子開關(guān)，控制蜂鳴器是否有電流流過

39、。S8550晶體管(PNP)的基極通過一個(gè)2K限流電阻連接到LPC2119處理器的端口P0.2。當(dāng)處理器P0.2輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電流從蜂鳴器1腳流經(jīng)蜂鳴器，再從三極管的發(fā)射極流到集電極(地)，于是蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。當(dāng)處理器P0.2端口輸出高電平時(shí)，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器使蜂鳴器停止工作。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路如圖3.9所示。此外，LPC2119可以通過三種方式編程:= 1 * GB3使用JATG仿真/調(diào)試器通過JATG接口下載程序。= 2 * GB3使用系統(tǒng)編程技術(shù)(即ISP)通過UART0接口下載程序。= 3 * GB3在應(yīng)用編程技術(shù)(即IAP)中，通過這種方式，用戶可以在其程序運(yùn)

40、行時(shí)擦除或編程Flash。本設(shè)計(jì)采用了系統(tǒng)編程技術(shù)(即ISP)。系統(tǒng)上電時(shí)，系統(tǒng)會(huì)先檢查處理器P0.14引腳是否處于低電平，如果是，則進(jìn)入ISP編程模式，開始下載程序。如果不是，程序從0000H地址開始執(zhí)行。所以設(shè)計(jì)了跳線帽JP1供用戶下載程序。ISP模式選擇電路如圖3.10所示。圖3.9蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路圖3.10 ISP下載模式選擇電路鍵盤的電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立鍵盤，無論是硬件還是軟件設(shè)計(jì)都相對簡單。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所需按鍵數(shù)量少，所以使用獨(dú)立鍵盤比較合理。鍵盤電路比較簡單，主要由按鍵和上拉電阻組成。當(dāng)按鍵未被按下時(shí)，處理器檢測到其輸入為高電平，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，其輸入為低電平。處理器通過檢測其輸入

41、是高電平還是低電平來判斷按鍵是否被按下。當(dāng)然，在程序中，還是有抖動(dòng)消除、按鍵識別、按鍵翻譯等操作。鍵盤電路原理圖如圖3.11所示。圖3.11鍵盤電路原理圖電源電路設(shè)計(jì)在這個(gè)系統(tǒng)中，需要+5V、+3.3V和+1.8V的電源，所以這個(gè)設(shè)計(jì)包括三個(gè)電源模塊，并且增加了一個(gè)額外的電源指示部分。首先，外部電源適配器輸出的9V DC電壓通過開關(guān)S1和二極管D1輸入到系統(tǒng)中，并由電壓調(diào)節(jié)器LM7805穩(wěn)定到+5V DC。然后，+5V DC源分別輸入到電壓調(diào)節(jié)器AMS1117-3.3和AMS1117-1.8，輸出+3.3V和+1.8V電源為處理器等供電。其中，二極管D1用于防止電源反接損壞系統(tǒng)，LED D2用

42、于電源指示。系統(tǒng)電源電路的原理圖如圖3.12所示。圖3.12電源電路示意圖串行通信電路的設(shè)計(jì)串行通信電路主要由SIPEX公司生產(chǎn)的SP3232EEA芯片和少量電容組成，主要用于開發(fā)程序時(shí)的編程和調(diào)試。SP3232EEA用于實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。在它外面接幾個(gè)簡單的電容就夠了，組成一個(gè)通信電路。串行通信電路的原理圖如圖3.13所示。圖3.13串行通信電路示意圖3.2.2從節(jié)點(diǎn)單元的電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從節(jié)點(diǎn)的主控制器采用STC89C52單片機(jī)，包含128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器和8K電可擦FLASH ROM，可重編程，其尺寸可以滿足CAN總線照明控制系統(tǒng)智能從節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)要求

43、。最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3.14所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩電路、外部接口等。下面將詳細(xì)解釋上述部分。圖3.14 STC 89 c 52最小系統(tǒng)電路原理圖復(fù)位電路:本設(shè)計(jì)采用了硬件簡單的電容復(fù)位電路。該電路具有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位功能。電路結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。單片機(jī)上電前，電容C2上下兩端的電位為0V，所以電容電壓Uc2 = 0V上電后，電容C2上端的電位是+5V，所以還是Uc2 = 0V因?yàn)殡娙萜魃系碾妷翰粫?huì)突然改變。因此，電容器C2下端的電位為+5V。此時(shí)，復(fù)位端RST處于高電平，微控制器開始復(fù)位。由于復(fù)位端和GND之間連接有10K電阻，R4中流過電流，最終RST引腳變?yōu)?/p>

44、低電平，單片機(jī)返回正常工作模式。當(dāng)按鍵復(fù)位時(shí)，S1閉合，電容C2旁路，復(fù)位端的RST處于高電平。當(dāng)釋放S1鍵時(shí)，RST處于低電平，MCU返回正常工作模式。時(shí)鐘電路:STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘電路有兩種方式。= 1 * GB3單片機(jī)外部獨(dú)立振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號通過單片機(jī)的XTAL1引腳輸入，經(jīng)過12分頻后，提供給單片機(jī)工作時(shí)鐘信號。= 2 * GB3通過一個(gè)外部晶振和兩個(gè)30pF啟動(dòng)電容，與單片機(jī)的反相器組成振蕩電路，產(chǎn)生振蕩信號，經(jīng)12分頻后為單片機(jī)提供工作時(shí)鐘信號。這里，采用模式2來獲得時(shí)鐘振蕩信號。外部接口:CAN控制器SJA1000的數(shù)據(jù)口與LCD1602A的數(shù)據(jù)線復(fù)用，連接到單片機(jī)

45、的P0口。SJA1000 CAN控制器的片選端子CS、復(fù)位端子RST、數(shù)據(jù)鎖存端子ALE和中斷信號輸出端子/INT分別與單片機(jī)的P2.7、P2.3、ALE和/INT1相連。液晶顯示器接口電路的設(shè)計(jì)液晶顯示電路主要由基于ST7920控制器的液晶模塊SMC1602A和相應(yīng)的簡單電子器件組成。SMC1602A液晶模塊的外形尺寸如圖3.15所示；SMC1602A LCD接口電路原理圖如圖3.16所示。其中，液晶SMC1602A具有16條端口線，并具有可選的4位和8位位流處理能力。采用4位或8位并行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度快。SMC1602A LCD模塊的引腳功能描述如表3.2所示。表3.2 SMC 1602

46、 a液晶模塊引腳功能描述數(shù)字標(biāo)志Pin描述數(shù)字標(biāo)志Pin描述一個(gè)虛存系統(tǒng)地面電源九D2數(shù)據(jù)輸入輸出2電源電壓電源陰極10D3數(shù)據(jù)輸入輸出三輕鏈可變區(qū)液晶顯示器偏置信號11D4數(shù)據(jù)輸入輸出四標(biāo)準(zhǔn)英語數(shù)據(jù)/命令選擇器(高/低)12D5數(shù)據(jù)輸入輸出五讀寫讀/寫選擇結(jié)束(高/低)13D6數(shù)據(jù)輸入輸出六E使能信號14D7數(shù)據(jù)輸入輸出七D0數(shù)據(jù)輸入輸出15BachelorofLiberalArts文（科）學(xué)士背光陽極八D1數(shù)據(jù)輸入輸出16良性苔癬樣角化病背光源圖3.15 SMC 1602 a液晶的外形尺寸圖3.16液晶顯示電路液晶顯示電路主要通過三條控制線和八條數(shù)據(jù)口線與單片機(jī)連接，其中Rs為數(shù)據(jù)命令選擇

47、線:當(dāng)RS=0時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)為命令，當(dāng)RS=1時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)；WR是讀寫控制線:WR=0時(shí)是寫液晶模塊，WR=1時(shí)是讀液晶模塊；EN為使能信號端:當(dāng)EN=下降沿時(shí)，寫LCD有效；當(dāng)EN=上升沿時(shí)，讀取LCD數(shù)據(jù)有效。液晶的讀取操作順序如圖3.17所示，寫入操作順序如圖3.18所示。圖3.17 SMC 1602 a液晶讀取操作時(shí)序圖圖3.18 SMC 1602 a液晶寫操作時(shí)序圖總線電路設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的CAN總線智能通信從節(jié)點(diǎn)采用STC89C52作為節(jié)點(diǎn)的微處理器。在CAN總線通信接口中，采用恩智浦SJA1000實(shí)現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議。單片機(jī)中的上層數(shù)據(jù)按照CAN總線幀格式打包發(fā)

48、送出去，接收到的數(shù)據(jù)拆包緩存供單片機(jī)讀取。此外，SJA1000還具有數(shù)據(jù)校驗(yàn)、受理過濾、總線監(jiān)控等功能。簡而言之，SJA1000是CAN總線通信的核心部件，是CAN總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)者。為了更好的理解CAN總線控制器的接口電路，我們先介紹一下獨(dú)立的CAN通信控制器SJA1000。SJA1000是恩智浦PCA82C200CAN控制器的替代品。SJA1000有英特爾模式和摩托羅拉模式，是專門為支持各種微處理器的時(shí)序特性而設(shè)計(jì)的。此外，SJA1000有兩種工作模式:BasicCAN和PeliCAN。PeliCAN的工作模式支持CAN 2.0B協(xié)議，具有許多新功能。SJA1000的引腳圖如圖3.19所示，

49、引腳功能描述如表3-3所示。圖3.19 sja 1000引腳圖SJA1000在軟件和引腳上兼容其之前的PCA82C200獨(dú)立CAN控制器，并在此基礎(chǔ)上增加了很多新功能。為實(shí)現(xiàn)軟件兼容，SJA1000采用兩種工作模式:基本掃描模式(PCA82C200兼容模式)和鵜鶘模式(模式擴(kuò)展特征模式)。工作模式由時(shí)鐘分頻器寄存器的CAN模式位選擇。SJA1000的主要新特性如下:標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)消息的接收和發(fā)送64字節(jié)接收FIFO標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式都有單/雙接收濾波器(包括接收掩碼和接收代碼寄存器)。具有讀/寫權(quán)限的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器可編程虛警限值最近的錯(cuò)誤代碼寄存器每個(gè)CAN總線錯(cuò)誤都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤中斷。具有丟失仲裁

50、定位功能的丟失仲裁中斷單次模式(當(dāng)錯(cuò)誤或仲裁丟失時(shí)，不會(huì)再次發(fā)送)只聽模式(監(jiān)控CAN總線時(shí)無響應(yīng)且無錯(cuò)誤信號)支持熱插拔(無干擾軟件驅(qū)動(dòng)的比特率檢測)禁止硬件CLKOUT輸出。表3.3 SJA1000引腳功能SJA1000引腳功能標(biāo)志別針功能AD0 - AD72,1,28 23地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線麥芽酒三數(shù)據(jù)鎖存信號(英特爾模式)或使能信號(摩托羅拉模式)/CS四片選信號輸入，低電平允許訪問SJA1000。/RD五微控制器的讀取信號(英特爾模式)或E信號(摩托羅拉模式)/WR六微控制器的寫信號(英特爾模式)或讀寫信號(摩托羅拉模式)輸出時(shí)鐘七時(shí)鐘輸出端口:SJA1000振蕩器通過可編程分頻

51、器得到的時(shí)鐘信號通過CLKOUT端口輸出給外部電路。可編程禁用輸出。VSS1八邏輯地XTAL1九振蕩放大器輸入，外部振蕩放大器信號通過此引腳輸入。XTAL210振蕩放大器輸出，當(dāng)使用外部振蕩信號時(shí)，此引腳必須開路。方式11模式選擇輸入:1 =英特爾模式，0 =摩托羅拉模式VDD312輸出驅(qū)動(dòng)器5V電源TX013從輸出驅(qū)動(dòng)器0到物理總線的輸出TX114從輸出驅(qū)動(dòng)器1到物理總線的輸出VSS315輸出驅(qū)動(dòng)器接地/INT16輸出端用于向微控制器提供中斷信號。/RST17復(fù)位輸入用于重啟CAN接口(低電平有效)。VDD218輸入比較器5V電源SJA1000引腳功能標(biāo)志別針功能RX0 RX119 20從物

52、理總線到SJA1000輸入比較器的輸入端。主導(dǎo)電平將喚醒睡眠模式中的SJA1000。當(dāng)RX0高于RX1時(shí)，讀為隱性電平，否則為顯性電平。VSS221輸入比較器接地VDD122電路5V電源SJA100CAN總線通信控制器的接口電路如圖3.20所示，SJA1000的數(shù)據(jù)線AD0AD7與STC89C52微控制器的數(shù)據(jù)線P0口相連。片內(nèi)線路選擇CS連接到STC89C52的最高地址線P2.7。當(dāng)CPU對片外存儲器地址進(jìn)行操作時(shí)，可以選擇SJA1000，CPU可以通過這些地址對SJA1000進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。SJA1000的RD、WR和ALE連接到STC89C52的相應(yīng)引腳，INT連接到STC89C52

53、的外部中斷1。通過SJA1000的中斷信號，觸發(fā)STC89C52微控制器處理相應(yīng)的事務(wù)(例如，從SJA1000的接收緩沖器中提取數(shù)據(jù))。SJA1000的發(fā)送和接收總線上拉有兩個(gè)LED通信指示燈，用來指示CAN總線通信是否成功，方便直觀地發(fā)現(xiàn)通信故障，有利于故障檢測和維修。圖3.20 sja 1000接口電路原理圖PCA82C250是恩智浦公司生產(chǎn)的CAN總線收發(fā)器。它是CAN控制器和物理總線之間的接口。它可以向總線提供差分傳輸能力，向CAN控制器提供差分接收能力，增加通信距離，提高系統(tǒng)瞬時(shí)抗干擾能力，保護(hù)總線，減少射頻干擾。它具有限流電路，可以防止傳輸和輸出級對電源、地或負(fù)載短路。此外，如圖3

54、.21所示，PCA82C250與CAN總線的接口也采用了一些安全和抗干擾措施。PCA82C250的CANH引腳和CAHL引腳分別通過一個(gè)5 電阻連接到CAN總線。該電阻可以在一定程度上限制電流，保護(hù)PCA82C250免受過流的影響。在CANH和CANL與地之間并聯(lián)兩個(gè)30pF的小電容，可以濾除母線上的高頻干擾，防止電磁輻射。PCA82C250的Rs引腳接一個(gè)斜坡電阻，可以根據(jù)總線通信速度適當(dāng)調(diào)整，一般在16-140k之間。PCA82C250 CAN收發(fā)器電路原理圖如圖3.21所示。圖3.21 CAN總線驅(qū)動(dòng)電路原理圖鍵盤的電路設(shè)計(jì)電路采用相對簡單的獨(dú)立鍵盤，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，成本低，編程相對簡

55、單。四個(gè)獨(dú)立的按鍵分別連接到單片機(jī)INT0和P1.0-P1.2。由于P1端口的每個(gè)部分都連接有一個(gè)上拉電阻，所以當(dāng)連接外部按鍵時(shí)，我們不需要連接上拉電阻。鍵盤電路如圖3.22所示。圖3.22鍵盤電路原理圖串行通信電路的設(shè)計(jì)從節(jié)點(diǎn)的串行通信電路主要由Maxim公司生產(chǎn)的Max232芯片和相應(yīng)的通信指示電路組成，主要用于單片機(jī)程序的編程和調(diào)試。Max232用于實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。只要在它外面接幾個(gè)簡單的電容，就足以成為一個(gè)通信電路。為了便于檢查和排除故障，可以在通訊線上連接兩個(gè)通訊指示燈，方便檢查和維修。串行通信電路如圖3.23所示。圖3.23串行通信電路4軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)

56、軟件結(jié)構(gòu)該軟件是用C語言編寫的，C語言是一種流行的高級計(jì)算機(jī)語言。它具有語言簡潔緊湊、生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高、程序執(zhí)行效率高、易于閱讀、移植性好、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、模塊化設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，根據(jù)系統(tǒng)的功能劃分模塊，然后依次對功能模塊進(jìn)行編程。這使得向系統(tǒng)添加新功能變得非常容易，并且對于構(gòu)建復(fù)雜的應(yīng)用以及提高代碼的可讀性和可重用性也非常有益。尤其是在后續(xù)的產(chǎn)品更新、程序維護(hù)、升級等方面。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)主要包括兩部分:主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)和從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)。4.1.1主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)主節(jié)點(diǎn)是整個(gè)CAN總線智能照明控制系統(tǒng)的核心單元，管理多達(dá)110個(gè)從節(jié)點(diǎn)照明設(shè)備。它需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存

57、儲、計(jì)算和處理能力以及友好的人機(jī)界面。因此，主節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其程序模塊的劃分將直接影響整個(gè)照明控制系統(tǒng)的性能。因此，合理規(guī)劃主節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)和模塊劃分是非常有意義的。在本次設(shè)計(jì)中，經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，將主節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)軟件分為七大模塊，分別是系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、TFT LCD模塊、SD卡驅(qū)動(dòng)模塊、UART驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏鍵盤掃描模塊和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊。主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)如圖4.1所示:系統(tǒng)初始化SD卡驅(qū)動(dòng)模塊TFT LCD模塊CAN協(xié)議UART驅(qū)動(dòng)模塊觸摸屏掃描蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊圖4.1主節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)4.1.2從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)從節(jié)點(diǎn)是單個(gè)照明單元的控制中心，照明設(shè)備致動(dòng)器用照明設(shè)備切換燈的

58、開關(guān)動(dòng)作完全取決于從節(jié)點(diǎn)的控制。因此，照明設(shè)備能否正常工作，直接取決于從節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。合理劃分從節(jié)點(diǎn)的程序模塊可以有效提高軟件的健壯性。經(jīng)過慎重考慮，將從節(jié)點(diǎn)軟件分為六個(gè)模塊，分別是系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、燈光控制信號數(shù)據(jù)處理模塊、鍵盤掃描與處理模塊、燈光定時(shí)控制模塊和液晶顯示模塊。從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)如圖4.2所示:系統(tǒng)初始化模塊鍵盤掃描和處理模塊說明控制信號數(shù)據(jù)處理CAN協(xié)議照明燈的定時(shí)控制模塊液晶顯示模塊圖4.2從節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)4.2系統(tǒng)程序模塊設(shè)計(jì)4.2.1主節(jié)點(diǎn)程序模塊的設(shè)計(jì)從圖4.1可以看出，主節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)程序主要由七個(gè)模塊組成，分別是系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、TFT LCD

59、模塊、SD卡驅(qū)動(dòng)模塊、UART驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏鍵盤掃描模塊和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊。而節(jié)點(diǎn)的主程序是這些程序模塊的調(diào)用者，是實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)功能的途徑，所以設(shè)計(jì)了其他程序模塊為主程序服務(wù)，實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)監(jiān)控從節(jié)點(diǎn)燈的功能。如圖4.3所示，是主節(jié)點(diǎn)的主程序流程圖。首先初始化主節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)備，如TFT彩屏、SD卡、CAN控制器、中斷系統(tǒng)等。，然后顯示監(jiān)控界面1，然后進(jìn)入無限工作循環(huán)。在該工作周期中，進(jìn)行以下工作:首先，判斷當(dāng)前模式是否已進(jìn)入燈設(shè)置模式，如果是，則停止向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀。如果不處于燈設(shè)置模式，它依次向每個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀，請求從節(jié)點(diǎn)返回其燈數(shù)據(jù)。然后判斷觸摸鍵是否被按下，如果是，則進(jìn)行相應(yīng)的按

60、鍵處理并刷新顯示，最后檢測主節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行和通信狀態(tài)以及從節(jié)點(diǎn)是否離線。這樣，主節(jié)點(diǎn)處理并完成從設(shè)備監(jiān)控、設(shè)置、離線檢測、操作指示、通信指示等所有主要功能。圖4.3主節(jié)點(diǎn)的主程序流程圖初始化模塊編程在主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)初始化程序是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)進(jìn)入工作循環(huán)時(shí)執(zhí)行的第一段代碼。通過系統(tǒng)初始化，主節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)備被設(shè)置為某種狀態(tài)，以等待備份。系統(tǒng)初始化模塊主要包括五個(gè)部分:TFT LCD初始化、UART0初始化、CAN1初始化、SD卡初始化和觸摸屏中斷初始化。(1)TFT液晶的初始化:首先配置TFT液晶接口的管腳。由于液晶接口的數(shù)據(jù)線和控制線是用LPC2119控制器的GPIO口模擬的，所