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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）基于freescale HCS12系列单片机的结晶器振动控制系统CAN通信部分摘要连铸是把液态钢用连铸机浇铸、冷凝、切割直接得到铸坯的工艺，他不仅是节约能源，提高成材率的重要措施，并且实现了炼钢浇铸的连续化、自动化，减轻了劳动强度，改善了环境，是炼钢生产的中心环节。而结晶器是连铸机的关键设备，为了保证连铸生产的顺利进行，需要通过一个振动装置使结晶器按一定的规律振动。本设计要着重研究的是结晶器振动控制系统的CAN通信部分。CAN总线是目前应用非常广泛的现场总线之一。CAN总线起初是被用于汽车监控和监控，但是由于CAN总线本身的独特的设计思想、良好的功能特性
2、、极高的可靠性和现场抗干扰能力，其在工业控制领域也有广泛的应用。本设计是基于freescale HCS12系列16位微控制器MC9S12DG128的CAN通信，详细阐述了其硬件和软件的实现过程。关键词：连铸机；结晶器；CAN总线；MC9S12DG128单片机Based on the freescale HCS12 series microcontroller mould oscillation control systemCAN communication partAbstractContinuous casting is technics to casting condense incise
3、 the liquid steel by continuous casting machine to be casting blank, it is not only saving energy, improving ratio of success, and an important measure of the continuous steel casting realized, and reduce the labor intensity of automation, improve the environment, is a central part of the steelmakin
4、g. But the key is casting mould casting production equipment, in order to ensure the smooth, need through a vibration device makes the crystallizer according to certain rules vibration.This design will put emphasis on CAN communication part of mould oscillation control system. Thecan bus is very ext
5、ensive fieldbus. Thecan bus was originally used in automobile monitoring and control, but due to the unique thecan bus itself the design thought and good features, high reliability and anti-interference ability in the field of industrial control, also widely used. The design is based on a series of
6、16 HCS12 freescale MC9S12DG128 micro controller of communication, this paper expounds the CAN of the hardware and the software realization.Keywords: conticaster； Mould；CAN bus； MC9S12DG128 microcontroller目录摘要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1 研究背景11.2 本课题意义11.3 本课题研究方向2第二章 结晶器振动控制系统及HCS系列单片机简介32.1 结晶器的作用和发展
7、历程32.2 结晶器振动控制系统总体结构和工作原理42.3 HCS12系列微控制器简介52.4 HCS12系列单片机的内核及片上资源62.4.1 MC9S12DG128单片机的内部结构及引脚功能62.4.2 MC9S12DG128MCU的功能模块13第三章 CAN总线概述153.1 概念153.2 CAN总线的位数值表示173.3 CAN总线的通信距离183.4 CAN总线的分层结构193.5 CAN报文的帧结构193.6 位定时与同步233.7 CAN总线高层协议介绍243.7.1概述243.7.2 DeviceNet243.7.3 CANOpen263.7.4 SDS263.8 MSCAN
8、12模块简介273.8.1 MSCAN12特性273.8.2外部引脚283.8.3报文存储结构283.8.4 标识符验收滤波30第四章 硬件设计334.1 硬件的基本组成334.2 电路图334.3 硬件模块和外围电路334.3.1 总线收发器334.3.2 时钟电路344.3.3 电源电路354.3.4 复位电路35第五章 CAN软件设计365.1 MSCAN12初始化365.2 发送子程序375.3 接收子程序37结论39参 考 文 献40致谢41附录A42附录B47IV第一章 绪论1.1 研究背景在连续铸钢的生产过程中，结晶器振动技术被广泛使用。它的主要功能是使结晶器按给定的振幅、频率和
9、波形偏斜特性沿连铸机外弧线运动。其目的是便于“脱模”，防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出现粘挂漏钢事故。在连铸结晶器振动技术的发展过程中，相继出现了同步振动、负滑动振动、正弦振动、非正弦振动等多种振动方式。但迄今为止，工业中广泛使用的仍然是用直流电机或交流变频电机通过偏心凸轮驱动双摇杆机构实现结晶器正弦振动。;结晶器振动控制的精度与稳定性是保障铸机稳定运行、安全高效生产的前提。在连铸结晶器振动技术的发展过程中，相继出现了同步振动、负滑动振动、正弦振动、非正弦振动等多种振动方式。但迄今为止，工业中广泛使用的仍然是用直流电机或交流变频电机通过偏心凸轮驱动双摇杆机构实现结晶器正弦振动。这主
10、要是因为用偏心凸轮实现正弦波振动波形精确，而且加工容易；同时，正弦波振动与铸坯拉速没有严格要求，即不像同步振动那样，要求结晶器下降速度与铸坯同步，上升比拉速大三倍；也不像负滑动振动那样，结晶器上、下振动与铸坯拉速有较严格的关系。而且，正弦振动的结晶器速度和加速度分别按正弦和余弦规律变化，在上、下死点速度变化瞬间，冲击力不会过大，速度变化较平稳。因此，近年来在板坯和方坯连铸机上得到了广泛应用。1.2 本课题意义结晶器振动装置是连铸过程中的一个非常重要的生产装置，其目的是使结晶器按给定的振幅和频率沿着铸机半径作仿弧运动。使脱膜更为容易，防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出现粘连漏钢事故。由
11、于加工不同的钢材需要结晶器按不同的频率和振幅进行振动，而原有的振动台台面在工作过程中没有在线监测振动的振幅，频率和相位装置，所有的振动台的调整都是离线进行的，这对于连续生产高质量产品的加工过程来说缺乏一定的科学性。为此，建立一套实时在线连续振动监测系统对于提高产品质量，防止漏钢现象具有十分重要的意义。1.3 本课题研究方向在本设计中，结晶器的振动由摩托罗拉公司生产的freescale HCS12系列单片机进行控制。freescale HCS12系列单片机是基于16位CPU的控制器，其内部功能非常丰富。HCS12系列拥有大容量内存（可达12KB RAM和256 KB闪存）和5VDC工作电压。HC
12、S12系列的各种型号可工作在最高25MHZ的时钟频率下。内部集成有模数转化系统（ATD）、脉冲宽度调制系统、CAN控制器，定时器系统配备一个8通道、16位的定时器。我所做的CAN通信部分是结晶器振动系统的一部分，剩下的部分由另外三位同学完成。CAN是ContmllerAtcaNctwork的英文缩写，属于现场总线的一种，是一种简化型网络结构，为了有别于LAN故称为控制器局域网。本设计是基于freescale HCS12系列16位微控制器MC9S12DG128的CAN通信，文中详细阐述了其硬件和软件的实现过程。第二章 结晶器振动控制系统及HCS系列单片机简介2.1 结晶器的作用和发展历程进入21
13、世纪以来，我国连铸技术处于高速发展时期，2001年全国生产钢15163万吨，全国连铸比达到89.68%，首次超过世界连铸平均水平。结晶器振动技术是钢厂连铸生产的关键技术，对结晶器振动控制系统的研究具有重要的现实意义。结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备，也是连铸机心脏设备和关键技术。回顾连续铸钢的发展历史，连续浇铸的生产方式首先是从有色金属开始的。铸机采用的是垂直固定的结晶器，拉坯过程中，坯壳极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动或拉漏事故。据有关文献记载，1913年瑞典人皮尔逊（AHPehrson）曾提出结晶器应按照一定的振幅和频率做往复运动的想法，但真正将这一想法付诸实施的却是德国人容汉斯（S
14、Junghans）。容汉斯开发的结晶器振动装置于1933年成功的应用于有色金属黄铜的连铸。1949年容汉斯的合作者美国人艾尔文罗西（IrvingRossi）获得了容汉斯振动结晶器的使用权，并在美国的阿勒德隆钢公司（Allegheng Ludlum Steel Corporation）的Watervliet厂的一台方坯试验连铸机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被应用于德国曼内斯曼（Mannesmann）公司胡金根厂（Huckiugen）的一台连续铸钢试验连铸机。容汉斯振动结晶器在这两台连铸机上的成功应用，使其在钢连铸中迅速得到了推广。从此，结晶器振动便成了连铸生产的标准操作。可以
15、看出是振动的结晶器使连续铸钢生产实现了工业化。结晶器由静止变为振动，引起了连铸工作者的广泛关注和兴趣，人们纷纷进行试验研究工作，对粘结性漏钢机理进行了研究，发展了各种结晶器振动规律。最早出现的是矩形速度振动规律，基于“拉裂焊合”理论，其特点是结晶器在下降时与铸坯做同步运动，然后以3倍的拉坯速度上升，即所谓的3:1型振动方式。这种振动方式对铸坯脱模是有效的，早期得到了应用。但其主要缺点是机械加工比较困难，振动机构和拉坯机构之间要有严格的电器连锁，在上升和下降的转折点处速度变化很大，设备冲击大，不利于采用高频振动。但这种波形的采用，使固定的结晶器变为振动的结晶器，使结晶器技术产生一个飞跃。随着负滑动理论的出现，矩形速度规律被梯形速度规律所代替，其特点是结晶器向下运动过程中有较长一段时间其速度稍大于拉坯速度，即“负滑脱运动”，使坯壳中产生压应力，可以使拉裂的坯壳压合，使粘结的坯壳强制脱模，结晶器在上升、下降转折点处速度变化较缓和，提高了设备的平稳性，梯形波的出现使连铸的生产更加顺畅，这种速度波形沿用了很多年，负滑动理论一直沿用至今。随着负滑动理论的不断发展和完善，出现了正弦
