《CAN总线与RS232SPI总线转换模块的设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CAN总线与RS232SPI总线转换模块的设计论文（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 . 石河子大学信息科学与技术学院毕业论文课题名称：CAN总线与RS-232、SPI总线转换模块的设计学生：肖志昂2007082078庆中2007082010学 院：信息科学与技术学院专业年级：电子信息工程2007级指导教师：栓明讲 师完成日期：二一一年六月八日 / CAN总线与RS-232、SPI总线转换模块的设计摘要 CAN总线因具有高可靠性、实时性等优点，而被广泛用于工业控制、建筑、医学等各个领域。但RS-232、SPI总线在现在很多领域仍然占据较大的比重，许多的机器设备具有RS-232接口或SPI接口，要想实现具有RS-232总线接口或SPI接口的设备的数据在CAN总线上传输，需要转换
2、模块把RS-232和SPI总线上的数据转换成CAN总线格式数据。该模块是基于STC89C52型号单片机、独立CAN总线控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA825C250设计的。该模块能够实现CAN总线与RS-232、SPI总线的转换。整个模块成本低并且稳定。本文详细介绍了该模块的软硬件设计。关键词 CAN总线，RS-232，SPI，SJA1000CAN-Bus andRS-232，SPI-BusConversionModuleAbstract：CAN-busforhigh performance, high reliability, real-time, etc., and is wi
3、delyused inindustrial control,architecture, medicineand other fields.However, RS-232, SPI bus are still many areas now account for a large proportion of machinery and equipment with many RS-232 interface or SPI interface, in order to achieve a RS-232 bus interface or SPI interface, CAN bus interface
4、 device to work, you need to convert the module to RS-232 and SPI bus data into CAN bus communication.The moduleis based on theSTC89C52RCSCMmodel, the independent CANbus controllerSJA1000, CAN bus transceiverdesigned825C250.The module enables CAN turn RS-232, SPI can also be achieved RS-232, SPI to
5、CAN bus conversion. The entire module, low cost, and stability. This paper describes the modules hardware design and software design.Keyword：CAN-bus, RS-232, SPI, SJA1000, PCA82C250目录第一章引言11.1 课题的研究背景与意义11.2 国外发展状况11.3 课题研究的主要容2第二章总线简介与分析32.1 CAN、SPI、RS-232总线简介32.1.1 CAN总线简介32.1.2 SPI总线简介42.1.3 RS-2
6、32总线简介62.2 CAN总线特性分析62.2.1 CAN总线的特点与优势62.2.2 CAN总线协议82.2.3 CAN总线报文帧格式92.2.4 CAN总线报文传输结构92.2.5 CAN总线错误处理10第三章元器件选型与特性分析113.1 系统元器件选型分析113.1.1 单片机选型113.1.2 CAN总线控制器芯片选型123.1.3 CAN总线驱动器选型123.2 系统元器件特性分析133.2.1 STC89C52特性分析133.2.2 SJA1000特性分析133.2.3 总线驱动器PCA82C25016第四章 CAN/RS-232总线转换模块设计174.1 硬件设计174.2软
7、件设计20第五章 CAN/SPI总线转换模块设计235.1 硬件设计235.2 软件设计23第六章系统调试25第七章总结27参考文献28致29附录A 硬件原理图、PCB图、实物图30附录B 源程序34第一章 引言1.1 课题的研究背景与意义CAN总线在组网和通信功能上的优点以与它的高性价比，决定了它在许多领域都有广阔的应用前景和发展潜力。大型仪器设备系统复杂，需要对多种信息进行采集、处理、控制、输出等操作。如医疗器械CT断层扫描仪，为保证其工作可靠性，在数据通信上要求功能块间可随意进行数据交换，通信可以以广播方式进行，简单经济的硬件接口，通信线尽量少，抗干扰能力强，可靠性高并能自动进行故障识别
8、和自动恢复。但是，这些要求长时间未能得到很好的解决，直至CAN总线技术出现才提供了一个较好的解决方法。CAN与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其具有良好的性能与其独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商都采用了CAN总线来实现汽车部控制系统与各检测、执行机构间的数据通信。同时，由于CAN总线本身的特点,其应用围目前已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械与传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准，并已被公认为
9、几种最有前途的现场总线之一。由于CAN总线的优势越来越明显在工业控制等领域的应用也越来越广泛，但RS-232、SPI总线在现在很多领域仍然占据较大的比重，许多设备只具有RS-232接口或SPI接口，拥有CAN总线接口的设备还十分的少，为了能让具有RS-232、SPI接口的设备也能在CAN总线上工作以适应整个技术的发展，需要设计CAN总线与RS-232转换模块1。1.2 国外发展状况为促进CAN以与CAN协议的发展，1992在欧洲成立了CiA(CAN in Automation)。在CiA的努力推广下，CAN技术在汽车电子控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等方面均
10、得到了广泛的应用。现已有400多家公司加入了CiA，CiA已成为全球应用CAN技术的权威。根据国外资料报道，CAN技术已应用于家用电器和智能楼宇以与小区建设中。如安防系统、抄表系统、家电控制等。它投资少，每个节点可以随机访问，通信速度完全满足要求，且在这类应用中数据交换量都很少。适当的网关如CAN与TCP/IP协议的转换，可以使一个居室或一栋大楼的现场CAN信息转变为互联网的形式外传，或反过来通过这类网关把外部网传来的信息转换为CAN的形式，此即实现了所谓的远程控制。随着CAN总线的普与应用，有必要设计CAN总线与RS-232、SPI总线的转换设备，而且这种技术也日趋成熟，已经完全实现商业化生
11、产，在各个领域得到广泛的运用1。1.3 课题研究的主要容课题研究的主要容有：1） CAN总线的联网通信，通过系统的设计实现CAN节点的相互通信。2） 实现CAN总线数据与RS-232总线数据的相互转换。3） 实现CAN总线数据与SPI总线数据的相互转换。第二章 总线简介与分析2.1 CAN、SPI、RS-232总线简介CAN、SPI、RS-232总线有着各自的特点，在不同的场合根据需求选择合适的总线通信是系统联网的前提条件。因此，了解总线的结构特征是进行模块设计的首要任务，通过对总线的多方了解分析其各种通信参数，结合实际的需求分析确定系统总线方案的选型，并对比三种总线的通信特征，为实现总线转换
12、做好前期的准备。2.1.1 CAN总线简介CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型与对可靠性的要求不尽一样，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN通过ISO11898 与ISO11519 进行了标准化，现在欧洲已是汽车
13、网络的标准协议。CAN总线是一种串行数据通信协议，其最高波特率可达1MB/S，因此具有高的传输速率。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，其对通信数据块进行编码，可以多主方式工作，可在各节点之间实现自由通信；采用非破坏性仲裁技术，有效避免了总线冲突；采用短帧结构，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。较之目前许多基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：1）网络各节点之间的数据通信实时性强。2）缩短了开发周期。3）完成对通信数据的帧处理。4）使网络的节点个数在理论上不受限制。5）可在各节点之间实现自由通信。6）结构简单
14、。综合来看，CAN总线在通信组网方面具有极大的优势，可以减少组网过程中的工作量，大大的提高工作效率2。2.1.2 SPI总线简介串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口，Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。SPI可以同时发出和接收串行数据。它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯，这四条线是：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI
15、）、低电平有效从机选择线。四种引脚的功能如下：SCK：时钟信号，由主设备产生；MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入；MISO：主设备数据输入，从设备数据输出；：从设备使能信号，由主设备控制。当SPI工作时，移位寄存器中的数据逐位从输出引脚（MOSI）输出（高位在前），同时从输入引脚（MISO）接收的数据逐位移到移位寄存器（高位在前）。发送一个字节后，从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。其典型系统框图如图2-1所示。图2-1 SPI系统框图SPI主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。 SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）
