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1、机电与车辆学院毕业设计（论文）题 目：基于单片机的CAN实验系统设计专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2012年5月29日 目 录摘要3前言41 总体设计方案41.1设计任务41.2总体CAN网络设计框图51.3 CAN节点结构62 系统的硬件设计72.1 电源模块设计72.2 单片机最小系统82.3 MAX232组成的单片机和PC机通信电路92.4 看门狗电路设计102.5 键盘输入电路模块112.6 显示电路模块122.7 扩展ROM功能模块132.8 CAN通信模块133 系统的软件设计163.1 CAN控制器初始化函数CANINI163.2 CAN接收函数C
2、ANREC173.3 CAN发送函数TDATA173.4 主程序流程图183.5 总程序清单194 总结274.1 结束语274.2 致谢275 英文摘要28参考文献:28符录一：总电路图29基于单片机的CAN实验系统设计摘要：现场总线是自动化技术发展的热点，它的出现标志着工业控制技术领域进入了一个新时代。本设计主要以AT89S51单片机为核心元件，再用SJA1000作为CAN的控制器和82C250作为CAN的收发器，从而组成CAN最小系统，完成CAN报文的发送和接收。设计中还要求输入和输出功能，在此设计中输入设备由两个开关和一个八位拨码开关组成，两个按钮开关主要是用来控制CAN报文的发送和接
3、收，八位拨码开关主要是完成CAN节点ID的输入，输出设备由一个7段LED数码管组成其功能是显示已发送CAN报文的个数。关键词：现场总线 CAN总线 单片机 前言 CAN（Controller Area Network）总线作为现场总线的一个分支,以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐。CAN从最初的汽车行业发展为现在工业中必不可少的现场总线之一。比如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中均嵌入了CAN控制装置。控制局域网CAN为串行通信协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。CAN的应用范围很广，从高速的网络到低价位多路配线都可使用CAN。
4、在汽车的电子行业里，使用CAN连接发动机控制单元、传感器、防滑系统等，其传输速度可达1Mbps。同时，可以将CAN安装在卡车本体的电子控制系统里，诸如车灯组、电气窗等，用以代替接线配线装置。单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此越来越广泛地应用各个领域。AT89S51单片机上集成了控制及信号处理等所需要的几乎所有的模块，以其低功耗，端口可灵活配置，支持JTAG端口可在线调试等特点将广泛应用在工业控制、通信及可便携电子产品中。本文将目前发展最为热的两个行业相结合，设计了一款以单片机为核心控制器件、基于CAN总线协议的实验开发板。
5、本实验开发板即适合学习单片机相关知识，也适合学习CAN总线，是一款初学电子设计者是最佳学习器件。在系统设计中综合运用了本科期所学的各类知识，如低频电子线路、模拟电字电路、数字电子电路、单片机、计算机网络、Protel、程序的编写、电路的仿真调试、原理图的绘制和布线等专业知识。我通过此毕业设计将本科所学的专业知识又重新复习了一遍，为以后走向工作岗位，完成用人单位交给我的任务打下了坚实的基础。1 总体设计方案1.1设计任务 本课题要求应用所学的专业知识如模拟电子技术、数字电子技术、传感器、单片机等内容，完成基于单片机的CAN实验系统的硬件和软件的设计，硬件电路的搭建，硬件和软件的仿真与调试，实现检
6、测、控制和显示功能。 本设计主要以AT89S51单片机为核心元件，再用SJA1000作为CAN的控制器和82C250作为CAN的收发器，从而组成CAN最小系统，完成CAN报文的发送和接收。设计中还要求输入和输出功能，在此设计中输入设备由两个开关和一个八位拨码开关组成，两个按钮开关主要是用来控制CAN报文的发送和接收，八位拨码开关主要是完成CAN节点ID的输入，输出设备由一个7段LED数码管组成其功能是显示已发送CAN报文的个数。 另外为了扩展AT89C51的ROM，本设计中用一片24C08EEPROM充当片外ROM以两加AT89S51的内存。为了保证整个系统的可靠性本设计采用硬件看门狗电路来访
7、止程序跑飞，其中硬件看门狗电路由一片DS1232来完成对单片机和CAN控制器SJA1000的复位工作。设计任务还包括以下方面：1、基于单片机的CAN实验系统的硬件电路设计； 2、基于单片机的CAN实验系统通信功能及部分实验项目的软件设计；1.2总体CAN网络设计框图本设计中CAN总线网络基本构成如下图 1.2所示：120CAN节点1CAN节点2CPUPCCAN控制器CAN收发器CAN控制器CPUCAN收发器CPUPC120 图 1.2 CAN网络基本结构传输线CAN总线网络中的传输线可以是普通明线、双绞线、同轴电缆和光纤，本设计中为了方便简单才用普通明线。终端电阻高频信号传输时，信号波长相对传
8、输线较短，信号在传输线终端会形成反射波，干扰原信号，所以需要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。各部分作用说明PC机是用来与CPU通信，可以完成对CPU程序的烧写和数据的传输CPU是用来对CAN控制器的初始化和CAN通信过程的控制以及显示等功能CAN控制器是整个CAN网络的核心器件，主要用来完成CAN协议的解析、CAN报文的形成等一细系列复杂的工作。CAN收发器是将CAN报文转成差动电平发送到CAN总线上和从CAN总线上接收CAN报文传给CAN控制器。1.3 CAN节点结构本设计中CAN系统节点的基本结构如图 1.3所示： 图 1.3 CAN节点基本结构总体说明 本设计主要由
9、以下部分机构成：微控制器89S51、CAN总线通信接口部分、CAN节点ID及按键输入部分、PC机通信部分、数码显示部分、EEPROM存储器等。 CAN总线通信接口部分采用的CAN通信控制器为SJA1000,CAN总线驱动器为82C250。为了使电路尽量简单，电路中没有采用光耦进行电气隔离。SJA1000的AD0AD7连接到89S51单片机的P0中，CS连接到89S51的P2.1，P2.1为0的CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的RD、WR。ALE分别与89S51的对应引脚相连，INT接89S51的INT0,89S51
10、也可通过中断方式访问SJA1000。 CAN节点ID输入电路部分由一片74LS244、一个81K的排阻我一个8位拨动开关构成。74LS244的驱动输出也与89S51的P0口相连，其2G引脚与89S51的P2.0脚相连。CPU通过P0口可读入用户设定的CAN节点ID值，在实验系统中另设计了两个按键K1和K2，分别接在89S51的P1.6和P1.7上。K1键启动点到点通信，按设定ID向指定节点发送一帧报文，K2键发送一帧广播报文，每个接收该报文均应返还该报文。实验系统数码显示部分由一片74LS164和一个，数码管所构成，可用于显示通信次数（或其它内容）。24C08是容量为1KB的EEPROM芯片，
11、可用于存储系统的初始化参数或用户自定义数据。DS1232提供系统所需的高低电平复位信号。2 系统的硬件设计2.1 电源模块设计 本设技中的电源由220V交流电供给，经过降压、整流、滤波、稳压、滤波得到稳定的+5V电源。总电路如图 2.1所示：图2.1 电源模块电路供电 整个电路由220V、50Hz市电供电，方便、价廉。降压 220V、50Hz交流电通过10:1的变压器达到降压的效果。 图中电压表测量的是电压的有效值，。 通过10：1降压后理论上应得到峰值为22V的交流电压，实际中只得到峰值为 的电压，这是由于变压器自身的阻抗所导致的。滤波 C1为稳压器输入侧的滤波电容，其作用是将整流桥输出的直
12、流脉动电压转换成纹波较小的直流电压。C1滤波电容在工作中由充电和放电两部分组成。为了取得比较好的滤波效果，要求电容的放电时间常数大于充电周期（35）倍。对于桥式整流电路，电容的充电周期为交流电的半周期，放电时间常数为RLC，因此C1滤波电容值可以采用以下方法估算C（35）T/2RL得到C13300uF。 C2、C3作用是减少纹波、消振、抑制高频脉冲干扰，可采用0.10.47uF的陶瓷电容。 C4为稳压器输出侧滤波电容，起到减少纹波的作用，根据经验，一般电容值选取47470uF。稳压 7805为三端固定式稳压器，输出电压为+5V 稳压器的输入电压V有一定的范围，V可由下式确定：VminVVmax
13、Vmin为稳压器的最小输入电压，Vmax为稳压器最大输入电压。7805和Vmax分别为7.2V和35V。过流保护和电源指示 FU1为熔断器，防止系统电流过大烧坏电路 D1为发光二极管，起指示电源作用 R1为限流电阻，保护LED不被烧坏2.2 单片机最小系统 整个系统的控制核心部分由一片AT89S51单片机组成，其最小系统如图 2.2所示：图 2.2 单片机最小系统单片机的选择 AT89S51为 ATMEL所生产的可电气烧录清洗的8051相容单芯片，其内部程序代码容量为4KBD的FLASH，市场上容易买到。 AT89S51主要功能列举如下： 为一般控制应用的 8 位单芯片 晶片内部具时钟振荡器（
14、传统最高工作频率可至 12MHz） 内部程式存储器（ROM）为 4KB 内部数据存储器（RAM）为 128B 外部程序存储器可扩充至 64KB 外部数据存储器可扩充至 64KB 32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制 5 个中断向量源 2 组独立的 16 位定时器 1 个全多工串行通信端口 8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能 单芯片提供位逻辑运算指令复位电路 单片机最小系统中采用上电自动复位和手动复位相接合。上电后由于电容的充电作用使单片机RSET引脚不会立即变成高电平，刚开始处于低电平状态完成复位工作，电容充电完成后RSET回到高电平，单片机正常工段。或者人工手动按下复位开关也可完成复位工作。时钟电路 单片机的时钟由外部晶振提供，晶振可提供非常稳定的保证单片机的正常工段。
