基于freescaleHCS12系列單片機的結晶器振動控制系統(tǒng)——CAN通信部分.doc

內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設計（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它基于freescale hcs12系列單片機的結晶器振動控制系統(tǒng)can通信部分摘要連鑄是把液態(tài)鋼用連鑄機澆鑄、冷凝、切割直接得到鑄坯的工藝，他不僅是節(jié)約能源，提高成材率的重要措施，并且實現(xiàn)了煉鋼澆鑄的連續(xù)化、自動化，減輕了勞動強度，改善了環(huán)境，是煉鋼生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)。而結晶器是連鑄機的關鍵設備，為了保證連鑄生產(chǎn)的順利進行，需要通過一個振動裝置使結晶器按一定的規(guī)律振動。本設計要著重研究的是結晶器振動控制系統(tǒng)的can通信部分。can總線是目前應用非常廣泛的現(xiàn)場總線之一。can總線起初是被用于汽車監(jiān)控和監(jiān)控，但是由于can總線本身的獨特的設計思想、良好的功能特性、極高的可靠性和現(xiàn)場抗干擾能力，其在工業(yè)控制領域也有廣泛的應用。本設計是基于freescale hcs12系列16位微控制器mc9s12dg128的can通信，詳細闡述了其硬件和軟件的實現(xiàn)過程。關鍵詞：連鑄機；結晶器；can總線；mc9s12dg128單片機based on the freescale hcs12 series microcontroller mould oscillation control systemcan communication partabstractcontinuous casting is technics to casting condense incise 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 steelmaking. 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 extensive 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 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目錄摘要iabstractii目錄iii第一章 緒論11.1 研究背景11.2 本課題意義11.3 本課題研究方向2第二章 結晶器振動控制系統(tǒng)及hcs系列單片機簡介32.1 結晶器的作用和發(fā)展歷程32.2 結晶器振動控制系統(tǒng)總體結構和工作原理42.3 hcs12系列微控制器簡介52.4 hcs12系列單片機的內核及片上資源62.4.1 mc9s12dg128單片機的內部結構及引腳功能62.4.2 mc9s12dg128mcu的功能模塊13第三章 can總線概述153.1 概念153.2 can總線的位數(shù)值表示173.3 can總線的通信距離183.4 can總線的分層結構193.5 can報文的幀結構193.6 位定時與同步233.7 can總線高層協(xié)議介紹243.7.1概述243.7.2 devicenet243.7.3 canopen263.7.4 sds263.8 mscan12模塊簡介273.8.1 mscan12特性273.8.2外部引腳283.8.3報文存儲結構283.8.4 標識符驗收濾波30第四章 硬件設計334.1 硬件的基本組成334.2 電路圖334.3 硬件模塊和外圍電路334.3.1 總線收發(fā)器334.3.2 時鐘電路344.3.3 電源電路354.3.4 復位電路35第五章 can軟件設計365.1 mscan12初始化365.2 發(fā)送子程序375.3 接收子程序37結論39參 考 文 獻40致謝41附錄a42附錄b4750第一章 緒論1.1 研究背景在連續(xù)鑄鋼的生產(chǎn)過程中，結晶器振動技術被廣泛使用。它的主要功能是使結晶器按給定的振幅、頻率和波形偏斜特性沿連鑄機外弧線運動。其目的是便于“脫?！?，防止鑄坯在凝固過程中與結晶器銅壁發(fā)生粘結而出現(xiàn)粘掛漏鋼事故。在連鑄結晶器振動技術的發(fā)展過程中，相繼出現(xiàn)了同步振動、負滑動振動、正弦振動、非正弦振動等多種振動方式。但迄今為止，工業(yè)中廣泛使用的仍然是用直流電機或交流變頻電機通過偏心凸輪驅動雙搖桿機構實現(xiàn)結晶器正弦振動。;結晶器振動控制的精度與穩(wěn)定性是保障鑄機穩(wěn)定運行、安全高效生產(chǎn)的前提。在連鑄結晶器振動技術的發(fā)展過程中，相繼出現(xiàn)了同步振動、負滑動振動、正弦振動、非正弦振動等多種振動方式。但迄今為止，工業(yè)中廣泛使用的仍然是用直流電機或交流變頻電機通過偏心凸輪驅動雙搖桿機構實現(xiàn)結晶器正弦振動。這主要是因為用偏心凸輪實現(xiàn)正弦波振動波形精確，而且加工容易；同時，正弦波振動與鑄坯拉速沒有嚴格要求，即不像同步振動那樣，要求結晶器下降速度與鑄坯同步，上升比拉速大三倍；也不像負滑動振動那樣，結晶器上、下振動與鑄坯拉速有較嚴格的關系。而且，正弦振動的結晶器速度和加速度分別按正弦和余弦規(guī)律變化，在上、下死點速度變化瞬間，沖擊力不會過大，速度變化較平穩(wěn)。因此，近年來在板坯和方坯連鑄機上得到了廣泛應用。1.2 本課題意義結晶器振動裝置是連鑄過程中的一個非常重要的生產(chǎn)裝置，其目的是使結晶器按給定的振幅和頻率沿著鑄機半徑作仿弧運動。使脫膜更為容易，防止鑄坯在凝固過程中與結晶器銅壁發(fā)生粘結而出現(xiàn)粘連漏鋼事故。由于加工不同的鋼材需要結晶器按不同的頻率和振幅進行振動，而原有的振動臺臺面在工作過程中沒有在線監(jiān)測振動的振幅，頻率和相位裝置，所有的振動臺的調整都是離線進行的，這對于連續(xù)生產(chǎn)高質量產(chǎn)品的加工過程來說缺乏一定的科學性。為此，建立一套實時在線連續(xù)振動監(jiān)測系統(tǒng)對于提高產(chǎn)品質量，防止漏鋼現(xiàn)象具有十分重要的意義。1.3 本課題研究方向在本設計中，結晶器的振動由摩托羅拉公司生產(chǎn)的freescale hcs12系列單片機進行控制。freescale hcs12系列單片機是基于16位cpu的控制器，其內部功能非常豐富。hcs12系列擁有大容量內存（可達12kb ram和256 kb閃存）和5vdc工作電壓。hcs12系列的各種型號可工作在最高25mhz的時鐘頻率下。內部集成有模數(shù)轉化系統(tǒng)（atd）、脈沖寬度調制系統(tǒng)、can控制器，定時器系統(tǒng)配備一個8通道、16位的定時器。我所做的can通信部分是結晶器振動系統(tǒng)的一部分，剩下的部分由另外三位同學完成。can是contmlleratcanctwork的英文縮寫，屬于現(xiàn)場總線的一種，是一種簡化型網(wǎng)絡結構，為了有別于lan故稱為控制器局域網(wǎng)。本設計是基于freescale hcs12系列16位微控制器mc9s12dg128的can通信，文中詳細闡述了其硬件和軟件的實現(xiàn)過程。第二章 結晶器振動控制系統(tǒng)及hcs系列單片機簡介2.1 結晶器的作用和發(fā)展歷程進入21世紀以來，我國連鑄技術處于高速發(fā)展時期，2001年全國生產(chǎn)鋼15163萬噸，全國連鑄比達到89.68%，首次超過世界連鑄平均水平。結晶器振動技術是鋼廠連鑄生產(chǎn)的關鍵技術，對結晶器振動控制系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實意義。結晶器是連續(xù)鑄鋼中的鑄坯成型設備，也是連鑄機心臟設備和關鍵技術?；仡欉B續(xù)鑄鋼的發(fā)展歷史，連續(xù)澆鑄的生產(chǎn)方式首先是從有色金屬開始的。鑄機采用的是垂直固定的結晶器，拉坯過程中，坯殼極易與結晶器壁發(fā)生粘結，從而導致拉不動或拉漏事故。據(jù)有關文獻記載，1913年瑞典人皮爾遜（ahpehrson）曾提出結晶器應按照一定的振幅和頻率做往復運動的想法，但真正將這一想法付諸實施的卻是德國人容漢斯（sjunghans）。容漢斯開發(fā)的結晶器振動裝置于1933年成功的應用于有色金屬黃銅的連鑄。1949年容漢斯的合作者美國人艾爾文羅西（irvingrossi）獲得了容漢斯振動結晶器的使用權，并在美國的阿勒德隆鋼公司（allegheng ludlum steel corporation）的watervliet廠的一臺方坯試驗連鑄機上采用了振動結晶器。與此同時，容漢斯振動結晶器又被應用于德國曼內斯曼（mannesmann）公司胡金根廠（huckiugen）的一臺連續(xù)鑄鋼試驗連鑄機。容漢斯振動結晶器在這兩臺連鑄機上的成功應用，使其在鋼連鑄中迅速得到了推廣。從此，結晶器振動便成了連鑄生產(chǎn)的標準操作。可以看出是振動的結晶器使連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)實現(xiàn)了工業(yè)化。結晶器由靜止變?yōu)檎駝?，引起了連鑄工作者的廣泛關注和興趣，人們紛紛進行試驗研究工作，對粘結性漏鋼機理進行了研究，發(fā)展了各種結晶器振動規(guī)律。最早出現(xiàn)的是矩形速度振動規(guī)律，基于“拉裂焊合”理論，其特點是結晶器在下降時與鑄坯做同步運動，然后以3倍的拉坯速度上升，即所謂的3:1型振動方式。這種振動方式對鑄坯脫模是有效的，早期得到了應用。但其主要缺點是機械加工比較困難，振動機構和拉坯機構之間要有嚴格的電器連鎖，在上升和下降的轉折點處速度變化很大，設備沖擊大，不利于采用高頻振動。但這種波形的采用，使固定的結晶器變?yōu)檎駝拥慕Y晶器，使結晶器技術產(chǎn)生一個飛躍。隨著負滑動理論的出現(xiàn)，矩形速度規(guī)律被梯形速度規(guī)律所代替，其特點是結晶器向下運動過程中有較長一段時間其速度稍大于拉坯速度，即“負滑脫運動”，使坯殼中產(chǎn)生壓應力，可以使拉裂的坯殼壓合，使粘結的坯殼強制脫模，結晶器在上升、下降轉折點處速度變化較緩和，提高了設備的平穩(wěn)性，梯形波的出現(xiàn)使連鑄的生產(chǎn)更加順暢，這種速度波形沿用了很多年，負滑動理論一直沿用至今。隨著負滑動理論的不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了正弦速度規(guī)律，正弦振動速度規(guī)律采用偏心輪實現(xiàn)。這種振動規(guī)律打破了結晶器和鑄坯之間要有一定的速度關系的限制，著重發(fā)揮它的脫模作用，用偏心輪代替凸輪，正弦振動仍有一小段負滑動階段，有利于脫模和拉裂坯殼的焊合，速度、加速度變化平緩，采用偏心輪設備簡單，易于加工制造、安裝和維護，運動精度高，設備運動平穩(wěn)，沖擊小，易于采用較高頻率振動。正弦振動目前仍被廣泛應用。非正弦振動速度波形的特點是：結晶器向上運動到最大位移的時間比正弦振動有一段時間滯后，結晶器向上運動的速度小，向下運動的速度大。其負滑動時間短，有 利于減輕鑄坯表面振痕深度，正滑動時間長，可以增加保護渣的耗量，增強結晶器壁與坯殼間的潤滑，正滑動速度差小，可以減小摩擦力，減小坯殼中的拉應力，減少拉裂；負滑動量大，即結晶器相對于鑄坯向下運動的位移量大，有利于鑄坯的強制脫模。由于非正弦振動能夠獲得合理的工藝參數(shù)，適應高拉速，且能獲得良好的表面質量，因此受到了人們的重視，被廣大連鑄工作者確認為是發(fā)展高效連鑄的關鍵技術之一。結晶器按照一定的規(guī)律進行振動需要有精確的控制，對結晶器振動的控制可以采用多種方式，本設計采用的是freescale hcs12系列單片機。2.2 結晶器振動控制系統(tǒng)總體結構和工作原理結晶器振動相當于一種脫模的作用，其目的是防止鑄坯粘結而發(fā)生拉裂或漏鋼，同時結晶器作上下振動時，能周期性地改變鋼液面和結晶器壁的相對位置，有利于改善結晶器內壁表面的潤滑狀況，減小粘結阻力和摩擦阻力，還可改善鑄坯的表面質量。結晶器向上運動時，減少新生的坯殼與銅壁產(chǎn)生粘結，以防止坯殼受到較大的應力，使鑄坯表面出現(xiàn)裂痕，在往下運動過程中，與鑄坯速度相等時，坯殼與結晶器之間沒有相對運動，因而鋼水在此段時間內有機會形成足夠強度的坯殼，從而保證鋼坯的質量。連鑄結晶器振動計算機控制系統(tǒng)的總體結構如圖2.1所示。系統(tǒng)包括計算機和模擬量控制兩大部分。圖2.1 結晶器振動控制系統(tǒng)結構圖2.3 hcs12系列微控制器簡介摩托羅拉68hc12/hcs12微控制器家族是基于16位cpu的控制器，他們的前身是68hc11。68hc11是一種8位微控制器，自其在20世紀80年代中期發(fā)明后，已成為許多嵌入式系統(tǒng)的動力核心。1996年，摩托羅拉開發(fā)了68hc12控制器家族，主要有兩個不同的系列：68hc12a4系列和68hc912b32系列。自那以后，涌現(xiàn)出許多不同型號的68hc12微控制器。68hc12a4系列主要運行于擴展模式，而b32系列主要用于單片機模式。2002年摩托羅拉從68hc12微控制器生產(chǎn)線升級開發(fā)了hcs12產(chǎn)品系列。hcs12軟件兼容hcll，與hc12相比，該系列在總線速度、時鐘、存儲器、接口等方面均有變化。首先hcs12采用摩托羅拉的第三代快閃存儲器，容量32512kb，具有快速編程能力、靈活的保護與安全機制，有利于軟件版權的保護。而且擦除和寫入無需外加高電壓；hcs12的ram和eeprom容量總體上高于hc12系列，分別為2-14kb和l-4kb。在串行接口方面，hcs12最多可支持5個can總線接口、1個j1850接口、1個總線接口、2個sci接口、3個spi接口，以后還計劃增加usb和其他接口。其次，hcs12時鐘發(fā)生器模塊內設pll，內部時鐘可軟件調節(jié)。hcs12的一些性能優(yōu)于hc12系列，尤其是flash模塊，采用了先進的0.25m工藝，無需外加編程電壓，最短整體擦除時間僅100ms，512字節(jié)頁擦除時間僅20ms。hcs12系列單片機有一個或多個內嵌的摩托羅拉可擴展控制器區(qū)域網(wǎng)絡（mscan）模塊。can起源于20世紀80年代中期的汽車工業(yè)，德國的bosch公司最初為了汽車監(jiān)控和控制系統(tǒng)設計了can總線，現(xiàn)在，世界上許多的著名汽車制造廠商都已經(jīng)開始采用can總線來實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。由于can總線本身的特點，其應用范圍目前已經(jīng)不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織工業(yè)、農用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域發(fā)展。can已經(jīng)形成國際標準，并已經(jīng)被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。2.4 hcs12系列單片機的內核及片上資源在本設計中具體用到是hcs12系列單片機中的mc9s12dg128單片機，它是mc9s12系列單片機的一員。下面將對mc9s12系列單片機做詳細介紹。mc9s12系列單片機采用了高性能的16位處理器hcs12，可提供豐富的指令系統(tǒng)，具有較強的數(shù)值運算和邏輯運算能力；期內大容量的flash存儲器具有在線編程能力，eep-rom和ram可存儲各種控制參數(shù)。mc9s12的低功耗晶振、復位控制、看門狗及實時中斷等配置和功能更有助于系統(tǒng)的可靠運行。mc9s12有多個系列幾十個品種，而且仍在不斷發(fā)展中。該系列單片機有很高的集成度，片上集成了很多功能模塊，豐富的外設資源使用戶使用起來十分方便。2.4.1 mc9s12dg128單片機的內部結構及引腳功能mc9s12系列單片機簡稱s12系列單片機。典型的hc12總線頻率為8mhz，而典型的s12總線速度為25mhz?？偩€速度指的是cpu執(zhí)行一條基本指令的速度。cpu12是高速的16位處理單元，指令集兼容以前的版本m68hc12，m68hc12的源代碼不經(jīng)修改就能拿到cpu12內核的單片機上使用。hc12和s12指令完全兼容，故在很多場合下，寫成hcs12系列單片機。從hc12到s12，單片機的功能有所增強，包括運行頻率的提高和功能模塊的增加、增強。與多數(shù)單片機的仿真調試方式不同，mc9s12具有的背景調試模塊為單片機的開發(fā)提供了便利，bdm能在單片機運行時對單片機動態(tài)調試。豐富的外設和i/o資源是mc9s12系列單片機的一大特色。多數(shù)引腳具有復用功能，給用戶提供了很大的靈活性。mc9s12系列單片機的a口、b口在擴展方式下作為分時復用的地址/數(shù)據(jù)總線，e口的部分口線作為控制總線，在系統(tǒng)擴展的時候使用。每一種接口都具有雙重功能，即通用i/o功能和特殊接口功能，在單片模式下，甚至a口、b口和e口的一部分也可以用作通用i/o口。這些雙重功能的i/o口本身及其控制邏輯完全集成在mcu內部，其體積、功耗、可靠性、應用簡單方便程度都與用戶擴充的i/o口有著重要的區(qū)別。單線背景調試模式（bdm）和時鐘監(jiān)視部分用于開發(fā)支持和運行安全，更是他的特色。內部flash程序存儲器容量達256kb，可以用來保存程序和原始數(shù)據(jù)，在正常工作是沒有被改寫的危險。12kb的ram存儲器可以用作堆棧、保存中間結果及動態(tài)數(shù)據(jù)，甚至可以在調試時存放程序。4kb的eeprom可以保存組態(tài)、設置信息等半永久數(shù)據(jù)。16位的cpu12具有16位乘法和32位除16位的整數(shù)乘除運算指令，內部設有指令隊列，最小總線周期僅為40ns，i/o與存儲器統(tǒng)一編址。特有的bdm調試方式無需仿真器，可以實現(xiàn)硬件斷點、條件斷點、在線調試等全部調試功能，外部只需簡單的接口和相應的軟件即可。內部集成了看門狗功能，可以保證程序跑飛后快速恢復。時鐘監(jiān)視更具特色，它可以監(jiān)視系統(tǒng)時鐘的運行異常，例如時鐘頻率下降等，兩者結合等于為系統(tǒng)安全加了雙保險。內部集成的外設除了常規(guī)的定時器、串行接口、并行接口以外，還包括atd、ect、spi、bdlc、can等，其中atd有16個10位模擬輸入通道，內部具有多路器和采樣保持，可以設定各種采樣方式，可以采用中斷方式工作。定時器模塊具有8個獨立可編程通道，每個通道可以單獨設置成輸入捕捉/輸出比較方式。集成的串行接口sci有2個，spi有3個，工作方式及參數(shù)可以根據(jù)應用要求設置。內部8個8位的pwm通道可以組合成4個16位通道。bdlc和can總線接口使系統(tǒng)可以直接接入相應的小型局域網(wǎng)。此外，mc9s12還具有暫停和等待模式，在滿足要求的前提下，可以最大限度地降低功率消耗。mc9s12有兩種典型的封裝形式，即lqfp112和qfp80。其中除了地址、數(shù)據(jù)、控制等三總線外，主要是i/o引腳，多數(shù)引腳具有兩種或更多功能。1.電源相關引腳（1）vddr和vssr數(shù)字電源和接地引腳外部電源和地引腳，提供i/o驅動和電壓調整器的輸入。為了滿足信號的快速上升要求，一般要求電源能提供瞬時大電流，因此要在兩個之間放置旁路電容，并且要盡量靠近mcu，具體旁路要求取決于mcu引腳的負載。（2）vddx和vssxi/o電源和接地引腳外部電源和地引腳，提供i/o驅動。要在兩個之間放置旁路電容，并且要盡量靠近mcu。（3）vdda和vssaadc轉換模塊電源和接地引腳為電壓調整器和ad轉換器提供電源和地，同時為內部電壓調整器提供參考電壓。兩個引腳之間需要放置旁路電容。（4）vrh和vrladc參考電源輸入引腳ad轉換器的參考電壓輸入引腳，其精度和穩(wěn)定性直接影響轉換結果，因此這路電源要求品質較高，不能受數(shù)字部分的影響，但功率較小，單獨供電既經(jīng)濟又容易實現(xiàn)。（5）vdd1.2和vss1.2外部2.5v供電引腳用兩對引腳，直接對內部2.5v內核供電。如果內部電壓調整器使能，2.5v來自于電壓調整器，不需要外部提供，這兩組電源引腳上不能放置靜態(tài)負載。如果vregen引腳接地，內部電壓調整器關閉，這兩對引腳上需要提供外部2.5v電源。（6）vddpll和vsspll振蕩器和鎖相環(huán)供電引腳電壓調整器關閉時，該引腳必須接2.5v。電壓調整器工作時，該引腳的電壓由電壓調整器提供。（7）vregen電壓調整模塊選擇引腳該引腳拉高則使能內部電壓調整器，該引腳拉低則禁止內部電壓調整器。若vregen接地，內部電壓調整器禁止，不能輸出2.5v電壓，vdd1.2和vddpll需要的2.5v必須由外部提供。2.模式選擇引腳mc9s12單片機指定三個引腳modc(bkgd)、modb(pe6)、moda(pe5)來設定單片機的運行模式。模式選擇見表。3.擴展模式下用到的引腳（1）a口（pa7pa0）和b口（pb7pb0）地址、數(shù)據(jù)總線引腳在寬擴展模式下，a口和b口做分時復用的數(shù)據(jù)和地址總線，與通用i/o口a、b共享引腳。其中，pa7pa0引腳分時用作d15d8和a15a8，pb7pb0引腳分時用作d7d0和a7a0。表2.1 mc9s12單片機運行模式選擇bkgd(modc)pe6(modb)pe5(moda)模式選擇地址線寬度數(shù)據(jù)線寬度000特殊單片模式00001仿真擴展窄模式168010測試模式1616011仿真寬擴展模式1616100普通單片模式00101普通窄擴展模式168110特殊外設模式111普通寬擴展模式1616在窄擴展模式下，b口德引腳用作地址總線的低8位，a口供高8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線分時使用。在該模式下，處理16位數(shù)據(jù)需要兩個連續(xù)的總線周期，第一個周期用于處理高位字節(jié)，下一個周期處理低位字節(jié)。各個地址引腳的狀態(tài)應該在e時鐘的上升沿鎖存，要讓外部器件獲得最長的地址建立時間，因此要用到鎖存器。單片模式下，這兩個口可作為通用i/o口。（2）pe4(eclk)地址鎖存引腳eclk是內部總線時鐘的對外輸出引腳，用于地址、數(shù)據(jù)總線分離，也用作定時基準。復位后其頻率為晶振頻率的一半。在寬擴展模式下，必須用地址鎖存器（74hc574等），生成地址信息。eclk的上升沿將pta口和ptb口的地址信息鎖存到鎖存器，然后釋放這兩個端口，使其成為數(shù)據(jù)通道。（3）pe2(r/)讀寫信號引腳r/ 引腳在所有模式下都可以用作i/o，通過e口設置寄存器pear中的rdwe位置位來啟用該引腳的讀寫控制功能。擴展模式下對擴展的存儲器和i/o電路進行數(shù)據(jù)讀/寫控制。（4）pe3()片選信號引腳在所有模式下都可以用作i/o，通過e口設置寄存器pear中的rdwe位置位來啟用該引腳的寫控制功能。該引腳可以用作選通控制訪問規(guī)范字時地址a0和分別作用高位和低位數(shù)據(jù)單元的片選信號。在特殊擴展模式下，該引腳也用作，并與分時占用引腳。（5）pk7()片內程序存儲器選擇引腳擴展方式下，該引腳用作仿真片選信號輸出。配置擴展方式時該引腳用來使能片上的flash。 4.系統(tǒng)功能引腳（1）xtal和extal、xfc鎖相環(huán)外接濾波電容端xtal和extal分別是晶體驅動和外部時鐘輸入引腳。extal既可接晶振，也可接cmos兼容的時鐘信號，驅動內部時鐘產(chǎn)生電路，器件中所有時鐘信號都源于該引腳輸入的時鐘。xtal是晶體驅動輸出，當extal外接時鐘時，該引腳必須懸空。xfc是鎖相環(huán)濾波引腳。應注意串聯(lián)和并聯(lián)晶振電路的構成。（2）pe7(noacc/)外部震蕩電路方式選擇當使用串行振蕩電路時，該引腳要拉高；當使用并行振蕩電路時，該引腳要接地。（3）復位引腳低有效的雙向控制信號。當作為輸入時，外部的低電平用來初始化mcu的初始狀態(tài)。如果時鐘監(jiān)視或cop看門狗電路檢測到內部故障，該引腳作為開漏輸出，對外指示這種狀態(tài)。mcu進入復位是異步方式，結束復位是同步方式，這使得器件即使在時鐘失效的情況下也可以進入真正的復位狀態(tài)，同時又可以在復位結束后以同步方式開始運行。一次復位是內部還是外部引起的，是可以判別的。內部復位首先將該引腳拉低并保持131134個系統(tǒng)時鐘周期然后釋放該引腳，再過64個系統(tǒng)時鐘周期采樣該引腳電平，如果該引腳回到了高電平，說明復位是由時鐘監(jiān)視器或cop看門狗電路引起的，cpu將取得時鐘監(jiān)視器或cop看門狗電路的復位向量；如果該引腳仍然是低電平，就確定為外部復位，將取得外部復位的向量。（4）pe1()可屏蔽中斷請求可屏蔽外部中斷輸入腳，可通過程序選擇（中斷控制寄存器intcr）該引腳是否和中斷邏輯相連，以及下降沿或電平觸發(fā)方式。復位后，默認為電平觸發(fā)方式，同時在條件碼寄存器中中斷被屏蔽?？梢酝ㄟ^軟件清零或置位ccr寄存器中的1位來使能或禁止所有可屏蔽的中斷，當然也包括中斷。（5）pe0()不可屏蔽中斷請求該不可屏蔽外部中斷引腳提供了一種復位初始化后申請非屏蔽中斷的手段。在復位階段，ccr寄存器中的x位和i位被置1，在mcu通過軟件允許以前，任何中斷都被屏蔽。系統(tǒng)初始化后，可以通過軟件清零x位，從而使能該中斷。x位一旦清零，就不能再通過軟件方式將該位置1了。該中斷申請經(jīng)常用于系統(tǒng)掉電、硬件故障等場合。（6）bkgd背景調試引腳采用自定義協(xié)議，通過bdm調試工具進行單線雙向通信，進行實時在線調試。5.輸入/輸出部分mcu片上集成了十余個i/o接口，其中有通用并行i/o口（一般每口8個外部引腳）以及sci、pwm、adc、i2c、can等專用子系統(tǒng)。復位后所有i/o引腳默認設置為通用的i/o輸入，當專用子系統(tǒng)激活后，自動變更為專用功能。mc9s12輸入輸出口包括pta、ptb、pte、pth、ptj、pts、ptp、ptk、ad0、ad1等。（1）a、b口在擴展方式下為地址數(shù)據(jù)分時復用總線，但在芯片模式下為通用i/o。輸入可選內部上拉，輸出具有降功率驅動功能。（2）e口用于總線控制和中斷請求，余下其他引腳可作通用i/o。輸入可選內部上拉，輸出具有降功率驅動功能。（3）ad口atd子系統(tǒng)輸入或通用輸入引腳。復位后默認為通用i/o輸入引腳并且只能做輸入。atd模塊使能后，用作模擬輸入。（4）k口擴展方式下外部總線的擴展地址線、仿真片選輸出或通用i/o。復位后為通用i/o引腳。輸入可選內部上拉，輸出具有降功率驅動功能。（5）t口i/o與增強型捕捉定時器共享引腳。復位后為通用i/o引腳，定時器功能使能后，用作輸入捕捉或輸出比較或脈沖累加輸入。輸入可選內部上拉，輸出具有降功率驅動功能。（6）p口spi、脈寬調制輸出、i/o中斷或通用i/o。復位后為通用i/o引腳，要使用某種特殊功能，可以通過置位相應功能寄存器的使能位來實現(xiàn)。（7）s口sci、spi或通用i/o。復位后為通用i/o引腳。sci或spi使能后，對應引腳的通用i/o關閉。（8）m口i/o與can、bdlc共享。復位后位通用i/o引腳。can或bdlc使能后，對應引腳的通用i/o關閉。（9）j口i/o與c、can、i/o中斷共享。復位后為通用i/o引腳。特殊功能使能后，對應引腳的通用i/o關閉。（10）h口i/o與i/o中斷共享。復位后為通用i/o引腳。特殊功能使能后，對應引腳的通用i/o關閉。2.4.2 mc9s12dg128mcu的功能模塊本設計所使用的hcs12系列的mc9s12dg128mcu，其內部主要由mcu的基本部分和can功能模塊組成。1.時鐘和復位產(chǎn)生模塊、存儲器與封裝形式時鐘和復位產(chǎn)生模塊crg(clock and reset generator)包括地電流振蕩器或是標準振蕩的選擇、鎖相環(huán)時鐘頻率放大器、看門狗、實時中斷和時鐘監(jiān)控器。存儲器包括128kb的flash eeprom、8kb的ram、2kb的eeprom。dg128采用80引腳tqfp和112引腳lqfp兩種形式的封裝，具有5v輸入和驅動能力，cpu的工作頻率可達到50mhz，總線頻率可達到25mhz，并支持單線背景調試模式（bdm）,可以在線設置硬件斷點。2.豐富的i/o口（1）通過i/o接口：29路獨立的數(shù)字i/o接口，20路帶中斷和喚醒功能的數(shù)字i/o接口。（2）a/d轉換接口：兩個8通道的10位a/d轉換器、具有外部轉換觸發(fā)能力。（3）can總線接口：內部繼承了3個can協(xié)議控制器mscan12模塊，符合can2.0a/b協(xié)議標準；可編程傳輸速率達1mb/s；具有5個接收緩沖區(qū)和3個發(fā)送緩沖區(qū)；靈活的標識符濾波模式，可配置成2個32位過濾碼或4個16位過濾碼，或者8個8位過濾碼；含有4個獨立的中斷輸入引腳rx、tx、errpr和wake-up；內置低通濾波的喚醒功能。（4）輸入捕捉/輸出比較與pwm:具有8通道的輸入捕捉/輸出比較，還具有8個可編程pwm通道，可配置成8通道8位或4通道16位pwm，其每個通道的周期和占空比均可通過編程獨立設置?？删幊痰臅r鐘選擇邏輯，使得輸出脈沖的頻率可設定在較寬的范圍內。（5）串行通信借口：具有2個串行異步通信接口sci、2個同步串行外設接口spi、bytef-light、inter-ic總線以及sae j1850 class b數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡接口。3.dg128的單片運行模式單片運行模式又分成普通單片運行模式和特殊單片運行模式。單片運行模式包括是dg128mcu最常用的一種運行模式。系統(tǒng)復位時，若cpu檢測到mode（pe5）和mode(pe6)引腳為低電平，則進入單片運行模式。普通單片模式是正常運行應用程序時應使用的模式；而特殊單片模式又成為背景調試模式，顧名思義，是需要進行背景調試時應使用的模式。在mcu復位時，若引腳modc（bkgd）為低電平，則進入特殊單片模式；反之，則進入普通單片模式。 4.dg128的擴展運行模式dg128的擴展運行模式允許通過cpu外部總線擴展ram、flash、i/o等。擴展運行模式又有窄擴展和寬擴展之分。前者使用8位外部數(shù)據(jù)總線，后者使用16位外部數(shù)據(jù)總線。dg128mcu采用地址和數(shù)據(jù)總線復用的形式實現(xiàn)外部總線的擴展，在mcu的a口和b口的16位上交替出現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)信號。擴展時，地址總線信號通過外部鎖存電路得到；數(shù)據(jù)信號可直接使用a口（8位窄模式）或a口和b口（16位寬模式）。k口的6位給出頁面地址的高位，e口給出總線控制信號。由于dg128 80引腳mcu的a口、b口、k口都沒有引出，因此80引腳的dg128單片機不能使用擴展運行模式。擴展運行模式也有普通運行模式和特殊運行模式之分，其分別時有些寄存器只能在特殊模式下讀/寫。另外，還有仿真擴展模式，在該模式小，可以看到總線上的控制信號，可接邏輯分析儀用于調試。第三章 can總線概述can總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場,在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)。也可稱為開放式、數(shù)字、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。3.1 概念can (controller area network)總線，又稱控制器局域網(wǎng)，是bosch公司在現(xiàn)代汽車技術中領先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設計和低廉的價格，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領域。can已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。can總線規(guī)范已被iso國際標準組織制訂為國際標準，can協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連參考模型基礎上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。用戶可在其基礎上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應用層通信協(xié)議，但由于can總線極高的可靠性，從而使應用層通信協(xié)議得以大大簡化。隨著can在各種領域的應用和推廣，對其通信格式標準化的要求日益增長。1991年9月philips semiconductors制定并發(fā)布了can技術規(guī)范。該技術規(guī)范包括a和b兩部分。can2.0a給出了can報文標準格式，由以下三層組成：（1）對象層；（2）傳輸層；（3）物理層。對象層負責處理消息比如選擇傳輸或接受消息，作為傳輸層和cpu上運行的應用程序之間的接口。傳輸層確保消息符合協(xié)議，而物理層實際發(fā)送和接受消息。而can2.0b給出了標準和擴展的兩種格式，由數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，數(shù)據(jù)鏈路層依次由邏輯鏈路（llc）子層和中間訪問控制子層（即mac子層）組成。llc子層、mac子層以及物理層與can2.0版a部分中的對象層、傳輸層和物理層一一對應。此后，1993年11月iso正式頒布了道路交通運輸工具數(shù)據(jù)信息交換高速通信控制器局域網(wǎng)（can）國際標準iso11898，為控制器局域網(wǎng)的標準化、規(guī)范化鋪平了道路。簡單的can總線系統(tǒng)主要由上位機和位控制器構成，如圖3.1所示。包括個人計算機和can的接口（can適配卡、若干can網(wǎng)絡節(jié)點）。can適配卡是實現(xiàn)上位機系統(tǒng)和can總線的連接接口，作用和以太網(wǎng)網(wǎng)卡相同。帶can適配卡的上位機在can總線系統(tǒng)中相當于一個網(wǎng)絡節(jié)點。 圖3.1 簡單的can總線系統(tǒng) can是多主發(fā)送的網(wǎng)絡結構，從can的角度無所謂主從節(jié)點的概念，但是在有些具體的應用中，為了系統(tǒng)的可靠性及整體設計的考慮，還是分主節(jié)點和從節(jié)點的。can總線系統(tǒng)的節(jié)點：（1）節(jié)點的概念：一般指掛在can總線上的傳感部件、執(zhí)行部件或控制器單元，can總線是通過允許節(jié)點間對等的傳播數(shù)據(jù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡通信的（單向或雙向）。（2）節(jié)點的組成：由于受總線收發(fā)器物理信號驅動能力的限制，在一個can總線網(wǎng)絡上，最多可掛接110個節(jié)點設備，其結構如圖3.2所示。圖3.2 典型的can節(jié)點can總線系統(tǒng)的拓撲結構：（1）基于can的拓撲概念：網(wǎng)絡拓撲結構設計是構建計算機網(wǎng)絡的第一步，也是實現(xiàn)各種網(wǎng)絡協(xié)議的基礎，它對網(wǎng)絡的性能、可靠性和通信費用等都有很大影響。can網(wǎng)絡中也存在著各種拓撲結構。（2）常用的can總線系統(tǒng)拓撲結構：一般有4種常見的拓撲結構總線結構、環(huán)形結構、星形結構、網(wǎng)狀結構。3.2 can總線的主要特點1、can是目前為止惟一有國際標準的現(xiàn)場總線。2、can為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。3、在報文標識符上，can上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求。4、can采用非破壞總線仲裁技術。5、can節(jié)點只需要通過對報文的標識符濾波即可以實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等方式傳送接收數(shù)據(jù)。6、can的直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達1mbps（此時通信距離最長為40m）。7、can上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路，目前可達110個。8、報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。9、can的每幀信息都有crc校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。10、can的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。11、can節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。12、can總線具有較高的性價比。3.2 can總線的位數(shù)值表示 can中的總線數(shù)值為兩種互補邏輯數(shù)值之一：“顯性”或“隱性”?！帮@性”( “dominant”)數(shù)值表示邏輯“0”，而“隱性”( “recessive”)表示邏輯“1”。 “顯性”和“隱性”位同時發(fā)送時，最后總線數(shù)值將為“顯性”。圖3.3 can總線的數(shù)值表示3.3 can總線的通信距離can總線上任意兩個節(jié)點之間的最大傳輸距離與其位速率有關，下表列舉了相關的數(shù)據(jù)。表3.1 can總線的通信距離圖3.4 can總線的分層結構3.4 can總線的分層結構can通訊協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式。can層的定義與開放系統(tǒng)互連模型osi一致。can的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中數(shù)據(jù)鏈路層又劃分為邏輯鏈路控制子層（llc）和媒體訪問控制子層（mac），應用層協(xié)議可以由can用戶定義成適合特別工業(yè)領域的任何方案，如已在工業(yè)控制和制造業(yè)領域得到廣泛應用的協(xié)議標準devicenet，以及在汽車工業(yè)中被大量使用的canopen協(xié)議等。具體分層結構如圖3.4所示。3.5 can報文的幀結構有兩種不同的幀格式，不同之處為標識符域的長度不同：含有11位標識符的幀為標準幀，含有29位標識符的幀為擴展幀。1.幀類型：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀。數(shù)據(jù)幀用于傳輸數(shù)據(jù)，遠程幀用于請求數(shù)據(jù)，超載幀用于擴展幀序列的延遲時間，而當局部檢測出錯條件后產(chǎn)生一個全局信號出錯幀數(shù)據(jù)幀： 圖3.5 can報文的數(shù)據(jù)幀圖3.6標準幀與擴展幀幀起始（sof）：標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，僅由一個顯性位組成。仲裁場：標準幀和擴展幀的仲裁場格式不同。遠程發(fā)送請求位rtr在數(shù)據(jù)幀中為顯性；在遠程幀中為隱性。標識符擴展位ide在標準幀中為顯性；在擴展幀中為隱性。替代遠程請求位srr是一隱性位，它在擴展幀中標準幀的rtr位的位置被發(fā)送，因而替代標準幀的rtr位。當標準幀與擴展幀發(fā)送沖突時，而擴展幀的基本id同標準幀的標識符一樣時，標準幀優(yōu)先于擴展幀?？刂茍觯喊〝?shù)據(jù)長度碼和兩個保留位，這兩個保留位必須發(fā)送顯性位。數(shù)據(jù)長度碼為四位，它指出了數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)目。標準格式中控制場包括數(shù)據(jù)長度代碼、ide位（顯性）及保留位r0；擴展格式中控制場包括數(shù)據(jù)長度代碼、兩個保留r1和r0。數(shù)據(jù)場：由0-8字節(jié)數(shù)據(jù)組成，每字節(jié)包含8個位。crc場： crc場包括crc序列，后隨crc界定符。