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1、第1章绪论11.1本课题研究的0的和意义11.2课题的现状和发展趋势1第2章CAN总线、显示终端的介绍42.1 CAN总线概述42.2 CAN控制总线的特点42.3 CAN控制总线的分层结构52.4 CAN控制总线的帧结构和报文传输62.5 CAN控制总线实现通信的关键72.6本章小结8第3章整体结构设计及硬件选型93.1整体结构设计93.2系统硬件选型103.3本章小结14第4章硬件设计154.1电源稳压和隔离电路154.2主控制器的基木单元电路174.3 CAN总线收发电路174.4液晶显不电路194.5 EEPROM存储电路204.6車口电路214.7本章小结21第5章车载显示终端系统的
2、软件设计225.1数据采集节点的软件设计225.2 CAN总线的通信模块软件设计235.3显示终端模块的软件设计245.4本章小结25第6章结束语26翻27参考文献28IW29第1章绪论1.1本课题研究的目的和意义随着电子技术的发展，工业和生活的各种电子装置的应用越来越广泛。且 各类新功能的电子通信产品的出现，这就对工业中数据传输和通信提山了新的 要求和条件。采用点对点的传统连线方式会造成硕大的布线系统。不仅工作效 率很低且成木很高，因此这将影响加快工业发展的步伐。为了解决工业中各种 电子装置相互之间数据的交换，国外在20世纪50年代就开始着手给工业引进 网络总线技术。有关公司就把工业串行控制
3、局域网总线应用到工业生产中，同 时也应用基于CAN的控制总线来达到电子控制装置之间的通讯的快捷和安全。在国外己经有专门从事工业控制总线的研究，对于控制总线的开发研究以 及应用己经很成熟了。虽然控制总线的标准已经形成许多年，但在我们国家的 工业控制中，总线控制技术的应用还处于初级发展阶段，更不用说控制总线的 开发研宄了。况且对于控制总线的利用还处于基木的收发数据阶段，并且还没 有考虑对控制总线运行模式的选择以及在总线容错方面的应用。为了达到提高 数据传输的可靠性的客户要求，总线的每一个控制节点均应用强有力的方法来 进行错误查询、错误自查以及错误标定，还可以进行总线监测、冗余检查、位 填充以及报文
4、格式查看等。为了实现更可靠的数据传输，则应该考虑控制总线的容错性，当控制总线 的单元数据发送错误时，网络总线控制系统仍能正常工作，并且不会受到该错 误的影响。然而对于工业应用中的多功能显示终端，有关公司己经考虑到该问 题，并且在工业的应用中尽量添加各种电子装置。然而如何把电子设备所搜集 的信息和工作状态参数准确地提供给相关的操作人员，这应该是一个值得考虑 的问题。考虑到基于CAN控制总线的特点和总线的容错性，需要开发一个基于 容错性控制总线的操作控制多功能显示终端。因此，基于CAN控制总线的多功 能显示终端应该具有操作方便、功能实用以及安全可靠等特点，并能给用户提 供方便快捷、稳定可靠的工业控
5、制平台和便捷的生活，具有重大研究的意义。1.2课题的现状和发展趋势随着电子信息系统的日益发展，传统的信息控制的交换方式对于用户己经 越来越不能满足其对于工业控制内部的分布式实时监测控制系统的安全稳定的 通讯要求。在20世纪50年代初，国外就己经开始探讨把现有的串行控制总线 系统应用在工业中。在国际电子信息大会上，有公司推出一些新的总线控制系 统。接着又有许多公司推出系统控制芯片，公司推出的是系统控制总线第一个 在硬件上的实现。现如今，网络控制系统已经被大量地运用到工业上，并II总 线也被人量应用到其它行、Ik。0前，国外公司对网络系统在工业控制上的应用 与研究己经相当成熟。如今，在德国、美国等
6、一些发达国家都推出配冇一至多 个网络系统，并且研究开发工具己相当成熟，如德国的西门子公司在总线系统 控制应用领域中提供了一系列非常快捷可靠的软硬件开发工具，能够适应于总 线网络节点以及整个系统的建立模型、系统仿真等研发程序。从而为客户提供 功能强人、系统完整的总线网络研发分析以及仿真工具和针对用户需求的比较 适合的解决方案。在我们国家，从“十五”时期开始，政府就开始大量投资，用于总线系 统的研发。许多高等院校以及科研机构也同样地投入大量的人力财力，对现场 总线尤其是总线控制应用技术的开发和研究。尽管国内已经有很长时间就开始 关注总线，但是实际在研发上的重视还很少，对于网络系统方向的研究和开发
7、应用0前还处在试验和初期发展阶段。但0前可以说总线技术的研究与开发已 经在我们国内引起高度关注。但总的来说，我们国家在总线技术控制方面的开 发应用和研究与国外相比仍还冇一定的差距。现如今在我国工业中，一部分公 司仍没冇采用总线技术。II不少国内合资企业采取的总线技术，但是总线的核 心技术却掌控在外商手中。因而我们国家应该重视对总线技术的开发和研究， 开发出具冇我们自主知识产权的总线已经迫不及待。由于国外总线控制系统技 术与电子信息技术的发展较早，并很早就得到重视对相关电子信息技术产品的 开发研究，因而在电子信息显示控制技术方面的应有也比较成熟。在国外发达 国家如德国、日本和美国等国家都研制出一
8、套功能强人的电子信总技术系统产 品，并且相关产品的应用也已经是很广泛了。西门子电气公司在电子信息技术 显示控制方面的研究和应用己经做得非常强人了，其产品技术也已经非常高端 先进了。国外的电子信息显示终端的应用在满足能支持提供复杂信息功能的同 时，并且在产品的视觉效果和外观设汁等方面都做得非常好，并应用小型化的 构思理念设计，节约产品成本。并II其产品的技术性能也具有高准确性和高稳 定性。与国外的一些发达国家相比，我们国家的电子信息技术产业的发展相对比 较落后，并且对总线控制系统的研发发展较晚，因此在电子信息技术产品的开 发和产品的生产能力方面相对比较薄弱。A前国内基于CAN总线控制的显示终 端
9、的产品主要来源是国外合资企业，其产品工艺和质量都能满足国内工业应用 中的产品需求，但是技术水平与国外公司相比仍然有很大差距，其产品技术主 要表现在制造水平较低、造型工艺单调、耐久性差、性价比与安全性也比较低 等。总而言之，国内技术阻碍了工业的发展，信息显示和总线控制技术的开发 相对于国外发达国家慢了很多，况且产品的功能也比较单一，产品的开发成本 也相当较高，产品的技术兼容性以及和相关工业控制的需求的匹配方面也与国 外还有明显差距。因而，我们国家应该重视加大显示终端的研宄开发与生产。第2章CAN总线、显示终端的介绍2.1 CAN总线概述CAN总线技术是通过在国际标准的开放性系统的基础上不断完善发
10、展形成 的。因CAN的结构层次比较简单，并且它的应用范围又是通过相对较小的局域 网就可以实现，所以这种模型结构仅仅运用OSI上的其中2层：物理层与数据 链路层。由于所使用的层次少，工作过程简化，因此提高了系统实时控制的信 号传输效率。2.2 CAN控制总线的特点CAN控制总线是一种串行通信网络，因应用了很多比较前沿先进的技术， 使其与别的通信总线网络相对比，它就表现出很多优点，概括如下：(1) CAN控制总线是有一套国际通用的标准。(2) CAN控制总线的通信数据的传输方式有很好的安全可靠性、操作灵活性和 记录实时性。(3) CAN控制总线上的数据传输节点可以通过报文的ID判别是否接收这个报
11、文，若传输的信号收到破坏，则可以通过重新发送信号来解决这一问题。(4) CAN控制总线的数据通信，其通信效率非常高，最高通信速率可达1Mbps: 它的通信范围也相对较大，最长距离可达10km。(5) CAN控制总线所使用的是非破坏性总裁技术，如果遇到若干节点同时发送 数据的情况时，这时传输的优先级比较低的节点则会被放弃自动发送，因而就 能节省数据总线传输时发生冲突所占用的时间。(6) CAN控制总线所采用的通信是通过双绞线实现的，这样就会拥有较高的总 线利用率，同时造价也非常低。(7) CAN总线控制使用的是短帧报文结构，应用这种结构，使其数据传输的时 间减少，同时它的抗干扰的效果也非常强大，
12、因而它的数据传输的出错机率也 非常低。(8) CAN控制总线的架构相对比较简单，它所需用元器件比较容易获得，并且 总线上的节点的成本比较低廉，所需要的实现技术也比较容易掌握。2.3 CAN控制总线的分层结构CAN控制总线协议是基于国际标准所建立的互联模型的基础上而提出的， 并II我们也要想到通信协议总线的特点，因而基于CAN串口通信总线协议中， 我们所提出的通信网络协议结构，是直接在数据链路层写据或者直接根据数据 链路层所实现。CAN控制总线协议是以实现车载中各种仪器仪表、传感器件和 控制结构单元之间的实吋数据交换为出发点，而开发设计出来的一种串行通信 协议。通过很大的改善和发展，现如今己经开
13、发出比较实用的2.0版本，此版本 中包含2.0A与2.0B这两个部分。在这里我们所应用的CAN控制总线2.0A中，总线层次可以分成传输层、 物理层和0标层三层，并且CAN控制总线上的节点的分层结构和功能如下图 2-1所示。应用层S标层报文滤波 报文和状态处理传输速率与定时 报文帧处理 总线总裁 接收应答 报文确定 错误监测与标定 故障鉴定 物理层信号电平和位表 示传输介质 阁2-1 CAN2.0A分层结构目标层和传输层中就是包含了很多功能和服务，这些功能和服务是由OSI所定， 其中的数据链路层中，就包含了以上所介绍的两层。传输层的功能作用：(1) 帧组织。(2) 检错、错误处理、错误报告。(3
14、) 总线仲裁。目标层的功能作用：(1) 为物理层提供接口。(2) 确认信息何时是要发送的。(3) 确认传输层接收到了信息。在应对目标信息这一方面，CAN控制总线可以为客户提供很大的自由可以 利用的空间，物理层是主要方而是指物理层而上如何实现ECU与总线的连接， 而总线上节点的总数受到电气负载能力的限制。数据链路层数据链路控制子层 接收滤波 超载报告 恢复管理 媒体访问控制子层 数据封装与拆装 帧编号 错误检测 媒体访问管理 接收应答 错误标定 传输速率与定时物理层位编码/解码 位定时 位同步图2-2 CAN 2.0B分层结构CAN控制总线的2.0B就基于OSI的参考模型的理念，总线上的所以节点
15、 的分层结构以及它们的功能作用如图2-2所示。CAN控制总线的2.0B大体上可 分为数据链路层和物理层两个层次，而其中的数据链路层则可以分成逻辑链路 子层和媒体访问子层，它们的作用可以分别和2.0A中的目标层、传输层的功能 相统一：(1) 媒体访问子层是CAN控制总线协议的重要组成成分。它可以把传输过 来的报文传送到数据链路子层，并且可以接收数据链路子层的报文。而媒体访 问子层则是主要为了完成报文的应答、分帧、标定、和错误判断等任务。(2) 数据链路子层会与报文恢复管理、滤波、过载通知等方面相联系。客车、 货车控制和网络通信小组委员会，一致通过了引入CAN控制总线协议于建筑、 客车、货车及农业等方向，并且颁布和实施了 SAE-J1939国际标准。2.4 CAN控制总线的帧结构和报文传输CAN控制总线在数据传送时，传输报文的结构单元被叫做报文传输器，而此结构单元在控制总线不被占用时或在丢失控制总线应答前则一直被称为报文 传输器，而若当一些结构单元没有报文传输器的功能作用，并且所处的控制总 线不是不是空闲的状态时，该结构单元则被称为报文接受器，而相对于发送器 而言，如果到帧结束一直没有发生错误信息，则这个报文是一直有效的；若这 个报文收到破坏，则会允许按照优先级的高低的原则会自动重新发送，这是提 高同其它报文进行对总线使用竞争的能力，而若控制
