畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1、i畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）說文）說 明明 書書題 目：全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)系 別：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：xxxxxx指導(dǎo)教師：教 研 室：提交時(shí)間：本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文ii全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)i摘 要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)實(shí)時(shí)檢測(cè)中的應(yīng)用，提出了全量程的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方案，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能完成四路實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè)，每路均能與熱電偶、熱電阻，變送器配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)采用雙單片機(jī)作為微控制器，同時(shí)采用 can 總線為系統(tǒng)總線，使節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)送到上位機(jī)，同時(shí)采用組態(tài)王 6.0 作為系統(tǒng)的組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)了操作站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)

2、控。另外從硬件和軟件方面提出了系統(tǒng)的改進(jìn)方案。該數(shù)據(jù)采集器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 ：現(xiàn)場(chǎng)總線；數(shù)據(jù)采集；can 總線；數(shù)據(jù)發(fā)送；緩沖器本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文iiabstractin view of the application of the field bus in the industry real-time examination, proposed a project of full measuring ranged data acquisition system point based on the field bus system. each point can co

3、mplete four groups real-time parameters examination each group can complete the data acquisition by coordinating the thethermo, the thermal resistance, and the transducer. the system used the single-chip as the microcontroller, simultaneously used the can bus as the system bus, caused the system poi

4、nt to communication with the position machine. simultaneously used the configuration king 6.0 as the system configuration software, realized the operation station to the scene real-time monitoring. moreover proposed the system improvement program from the hardware and the software aspect. this data

5、acquisition may widely apply to the industry control domain.key words: fieldbus；data acquisition；can bus；data transmit；buffer全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 .iabstract .ii第 1 章 引 言 .1第 2 章 硬件設(shè)計(jì)部分 .32.1 整體方案概述 .32.2 系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì).52.2.1 時(shí)鐘及復(fù)位電路.72.2.2 雙機(jī)通信部分.92.3 模擬量輸入通道設(shè)計(jì) .102.3.1 信號(hào)輸入端子設(shè)計(jì) .102.3.2 信號(hào)調(diào)理電路 .112.3.3

6、 a/d 轉(zhuǎn)換部分.132.4 can 通信接口電路設(shè)計(jì) .162.4.1 can 總線通信控制器 sja1000 的介紹 .162.4.2 總線驅(qū)動(dòng)器 pca82c250 的介紹 .192.4.3 sja1000 的電路設(shè)計(jì) .212.4.4 光電隔離部分 .222.5 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) .222.6 pcb 印制電路板制作 .22第 3 章 軟件設(shè)計(jì)部分 .223.1 can 技術(shù)規(guī)范 .223.1.1 幀類型 .223.1.2 can 總線數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) .223.2 操作站讀數(shù)據(jù) .223.3 軟件編程 .223.3.1 數(shù)據(jù)采集部分軟件設(shè)計(jì) .223.3.2 can 接口部分程序設(shè)計(jì) .22

7、3.3.3 can 接口中斷程序設(shè)計(jì) .223.3.4 sja1000 初始化流程圖 .22第 4 章 總 結(jié) .22致 謝 .22參考文獻(xiàn) .22附錄 .22本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文1第 1 章 引 言隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到了很大發(fā)展，各種數(shù)據(jù)采集器層出不窮，本次設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一個(gè)全量程的數(shù)據(jù)采集器是一種多路數(shù)據(jù)采集器，它能就地的對(duì)熱電偶，熱電阻，及變送器的信號(hào)進(jìn)行采集。以解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器功能簡(jiǎn)單、抗電磁干擾弱的缺陷，同時(shí)采用 can 總線作為系統(tǒng)的通信總線，使數(shù)據(jù)能有效，快速，無差錯(cuò)的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，實(shí)現(xiàn)操作站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。下面將就數(shù)據(jù)采集和 can 總線的發(fā)展及應(yīng)用給

8、與介紹。數(shù)據(jù)采集在控制系統(tǒng)中起著重要的作用，它將現(xiàn)場(chǎng)的各種控制參數(shù)檢測(cè)后送給控制室，以供顯示或控制使用。在各種控制系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用，數(shù)據(jù)采集的精度對(duì)控制的品質(zhì)的好壞也起著重要作用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，分析，計(jì)算，提取等有較好的運(yùn)用。一般的數(shù)據(jù)采集主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)過程參數(shù)檢測(cè)，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理，多媒體技術(shù)與人機(jī)交互，導(dǎo)航與現(xiàn)代通信技術(shù)，遙感，遙測(cè)的應(yīng)用，人工智能與模式識(shí)別，計(jì)算機(jī)視覺與可視化雷達(dá)，聲納信號(hào)處理，微弱信號(hào)處理技術(shù)等。隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被廣泛的利用，在特定的行業(yè)要獲得較精確的采樣數(shù)據(jù)，都需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行特殊的要求如：由于工

9、業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，很多設(shè)備（比如大功率電機(jī)）都是對(duì)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生很大干擾的干擾源；而且一般的采集器都有多路信號(hào)輸入，它們地線相連會(huì)導(dǎo)致干擾通過地線進(jìn)入正在采集的信號(hào)，使得數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確，因此數(shù)據(jù)采集器的抗干擾設(shè)計(jì)十分重要。所以，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展過程中，為滿足特定的要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向?yàn)橄到y(tǒng)抗干擾性，實(shí)時(shí)通信等方面。1）系統(tǒng)抗干擾性 保證獲得的數(shù)據(jù)較精確。如：可設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集器，它除了正常的低通濾波，rc 濾波外，還可用光電隔離對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行隔離，每路信號(hào)的地線都獨(dú)立開來。2）高速數(shù)據(jù)采集 一般數(shù)字信號(hào)的獲得需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集，這就需要高速，高性能的 a/d 轉(zhuǎn)換相適應(yīng)。3）實(shí)時(shí)通

10、信 保證數(shù)據(jù)處理單元能較快的得到要處理的數(shù)據(jù)，提高了主機(jī)的全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2運(yùn)行效率，如：采集現(xiàn)場(chǎng)與處理單元距離短可用 rs-232 總線，距離長(zhǎng)可用 rs-485總線，在本次設(shè)計(jì)中采用 can 總線作為通信總線，因?yàn)槠湎啾绕渌偩€，其具有很多優(yōu)點(diǎn)。can（controller area network）控制器局域網(wǎng)絡(luò)，由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，can 越來越受到人們的重視。由于 can 本身的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)，機(jī)械工業(yè)，紡織機(jī)械，農(nóng)用機(jī)械，機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。can 總線由于具有可靠性高，成本低，容易實(shí)現(xiàn)

11、等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)際工程應(yīng)用中占據(jù)較大的份額。can 也是基于 osi 模型，但進(jìn)行了優(yōu)化，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，提高了實(shí)時(shí)性。其中，數(shù)據(jù)鏈路層又包括邏輯鏈路子層 llc 和媒體訪問子層mac。而在 can 技術(shù)規(guī)范 2.0a 中，數(shù)據(jù)鏈路層的 llc 和 mac 子層的服務(wù)和功能被描述為目標(biāo)層和傳輸層。由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與其它現(xiàn)場(chǎng)總線相比，can 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可概括如下：can 是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。多主方式工作，通信方式靈活。利用這一特點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿

12、足不同的實(shí)時(shí)要求。介質(zhì)訪問控制子層采用非破壞總線仲裁技術(shù)，從而避免了網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況。其直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km(速率 5kbps 以下)；通信速率最高可達(dá) 1mbps(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為 40m)。 can 上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá) 110 個(gè)。在標(biāo)準(zhǔn)幀的報(bào)文標(biāo)示符 11 位，而在擴(kuò)展幀的報(bào)文標(biāo)示符(29 位)的個(gè)數(shù)幾乎不受限制。采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。每幀信息都有 crc 校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。1總之，通過以上分析，本次設(shè)計(jì)意在解決傳統(tǒng)

13、數(shù)據(jù)采集器功能單一的缺陷，同時(shí)能直接采集熱電偶，熱電阻信號(hào)，降低了成本。在設(shè)計(jì)中基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器，采用 mcs-51 單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集和收發(fā)控制中心，利用 can 總線作為系統(tǒng)傳輸總線，使數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)進(jìn)行通信，構(gòu)成全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)。其首先對(duì)熱電偶、熱電阻、變送器信號(hào)進(jìn)行采集，然后通過 can 總線把信息發(fā)送給本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文3上位機(jī)，同時(shí)通過操作站組態(tài)，實(shí)現(xiàn)操作站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文5第 2 章 硬件設(shè)計(jì)部分2.1 整體方案概述全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)是在全量程采集的基礎(chǔ)上，采用 can 總線作為系統(tǒng)總線，將數(shù)據(jù)傳到操作站，通過操作站組態(tài)，

14、實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的在線監(jiān)控，其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖 2-1 所示， 圖2-1 can總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖 2-1，圖中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)（device network）采用 can，位于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)以及位于控制室的操作單元等通過總線連接，完成數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、控制等任務(wù)。現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)接收來自現(xiàn)場(chǎng)的變送器，熱電阻，熱電偶信號(hào)，通過對(duì) can 總線控制器的控制，完成節(jié)點(diǎn)與 can 總線的雙向通信。隔離型通信控制器can/rs232 完成 canbus、數(shù)據(jù)操作站 scada 設(shè)備間的協(xié)議互換，在 scada 上實(shí)現(xiàn)集中顯示、管理，控制室內(nèi)儀表與現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)通過總線實(shí)現(xiàn)資源共享，實(shí)現(xiàn)控制徹底

15、分散、管理集中的分布式控制系統(tǒng)。同時(shí)可方便地與基于工業(yè)以太網(wǎng)（ethernet）的企業(yè)信息網(wǎng)（plant information network）連接，提高工廠的信息化管理水平。2智能節(jié)點(diǎn)要與 can 總線系統(tǒng)進(jìn)行通信，can 控制器是必不可少的。can 總線通信，除需要一個(gè)總線控制器外還需要一個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器?；趯?shí)際應(yīng)用考慮，設(shè)計(jì)中選用 philips 公司 sja1000 can 總線控制全量程信號(hào)全量程數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn) 1全量程信號(hào)全量程數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn) nscada全量程信號(hào)全量程數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn) n1全量程數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn) 2全量程信號(hào)通訊控制器全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6器和 pca82c250

16、 can 總線驅(qū)動(dòng)器，采用 atmel 公司的 at89c51 芯片作為信息中央處理單元。在具體的電路設(shè)計(jì)中采用雙 at89c51 單片機(jī)的形式，一個(gè)通過對(duì) a/d 轉(zhuǎn)換器等的控制，實(shí)現(xiàn)全量程的數(shù)據(jù)采集，一個(gè)通過對(duì) can 總線控制器和驅(qū)動(dòng)器的控制，實(shí)現(xiàn) can 數(shù)據(jù)的收發(fā)。另外利用雙口 ram 作為存取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和單片機(jī)的連接媒介，同時(shí)在系統(tǒng)中加入看門狗電路。其系統(tǒng)原理框圖如圖 2-2 所示。圖 2-2 系統(tǒng)原理框圖單片機(jī)1 雙端口rom單片機(jī)2sja1000pca82c250地址鎖存器74ls373imp813l6n137地址鎖存器74ls373信號(hào)多路選擇開關(guān)max354信號(hào)調(diào)理電路模數(shù)

17、轉(zhuǎn)換器ad7705信號(hào)預(yù)處理信號(hào)預(yù)處理信號(hào)預(yù)處理信號(hào)預(yù)處理imp813l地址碼設(shè)定6n137p1-p13t0rstab a0r-a7rp0p20-p21dbir0-ir7p20-p21il0-il7p0 abdbcbdbrxdtxda0l-a7lin0in1in2in3p13-p16p10-p12cbrstt0地址碼設(shè)定p23-p27本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文7如圖 2-2，in0in3 為四路現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入端，其中每一路信號(hào)可以是標(biāo)準(zhǔn)的變送器輸出信號(hào)，熱電偶信號(hào)，或熱電阻信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)來的各種信號(hào)經(jīng)預(yù)處理（濾波）后，送到多路轉(zhuǎn)換開關(guān) max354，然后通過單片機(jī) mcu#1 的 p13-p16 引腳控制

18、，選擇現(xiàn)場(chǎng)變送器，熱電阻，熱電偶信號(hào)的一路信號(hào)輸出，作為信號(hào)調(diào)理模塊的輸入信號(hào)，信號(hào)調(diào)理電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信號(hào)的跟隨、補(bǔ)償、放大等處理，將輸入信號(hào)處理成能滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收前級(jí)處理后的信號(hào)，通過 mcu#1 的p30、p31、p11、p12 引腳的控制,實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送到單片機(jī)mcu#1。在圖 2-2 中，兩個(gè)地址鎖存器，雙口 ram 主要實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，圖中 ab 表示地址總線，db 表示數(shù)據(jù)總線，cb 表示控制總線。其中 mcu#1 和 mcu#2 的 p0 口分別作為雙口 ram 左右兩端的地址線和數(shù)據(jù)線，當(dāng)作為地址線時(shí)，經(jīng) 74ls373s 鎖存后作

19、為地址線，而作為數(shù)據(jù)線時(shí) 直接接到雙口 ram 上，另外由于雙口 ram 的地址線為10 位，所以將 p20,p21 作為高位地址線。sja1000 為 can 控制器，在設(shè)計(jì)中，p0 口作為 sja1000 的數(shù)據(jù)端，通過 p0 口和控制總線的控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，sja1000 的 txd,rxd 引腳通過光電隔離 6n137 與 pca82c250 can 總線驅(qū)動(dòng)器相連，pca82c250 的輸出端分別接到 can 總線的高，低電平端。另外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加入時(shí)看門狗電路，采用 imp813l 作為看門狗芯片，imp813l 的 rst 和/pf0 與單片機(jī)的 rst 和 t0 引腳

20、相連，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位和“喂狗”同時(shí)，地址碼單元實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)地址的設(shè)定，通過 mcu#2 的 p10-p13 實(shí)現(xiàn)地址碼的設(shè)定。 2.2 系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì)在主控電路的設(shè)計(jì)中，采用雙 mcu 的設(shè)計(jì)方式，所以涉及到雙機(jī)通信。我們的控制芯片采用 atmel 公司的 c51 系列單片機(jī) at89c51，at89c51 是一種低功耗、高性能的 8 位 cmos 微處理器芯片，片內(nèi)帶有 4k 字節(jié)的 eprom。該芯片的制造采用了高密度非易揮發(fā)存儲(chǔ)器的生產(chǎn)技術(shù)，并與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80c51 指令集與管腳分布相兼容。所以用它設(shè)計(jì)構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路與復(fù)位電路即可。在設(shè)計(jì)中采用自動(dòng)復(fù)位電路

21、，同時(shí)加入地址碼設(shè)定部分，因?yàn)樵?can 網(wǎng)絡(luò)中必須為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配地址。在設(shè)計(jì)主控電路的時(shí)候，我們考慮到 89c51 內(nèi)有 4k 的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，足夠很好的滿足設(shè)計(jì)的應(yīng)用，無須增加外部程序存儲(chǔ)器，所以 ea/vpp 引腳接全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)8高電平。4因此主控電路可設(shè)計(jì)如下圖 2-3 所示。vcc2mr1pf14wd16rf05gnd3reset7wd08u7imp813lvcc2mr1pf14wd16rf05gnd3reset7wd08u4imp813lcel1r/w12busy l3a10l4oel5a0l6a1l7a2l8a3l9a4l10a5l11a6l12a7l13a8

22、l14a9l15i/o0l16i/o1l17i/o2l18i/o3l19i/o4l20i/o5l21i/o6l22i/o723gnd24vcc48cer47r/wr46busy r45a10r44oer43a0r42a1r41a2r40a3r39a4r38a5r37a6r36a7r35a8r34a9r33i/o7r32i/o6r31i/o4r29i/o3r28i/o2r27i/o1r26i/o0r25i/o5r30u2idt7132ea/vp35x121x220reset10rd19wr18int015int114 t016 t117p102p113p124p135p146p157p168p1

23、79p0043p0142p0241p0340p0439p0538p0637p0736p2024p2125p2226p2327p2428p2529p2630p2731psen32ale /p33 txd13rxd11u1at89c51j2ea/vp35x121x220reset10rd19wr18int015int114 t016 t117p102p113p124p135p146p157p168p179p0043p0142p0241p0340p0439p0538p0637p0736p2024p2125p2226p2327p2428p2529p2630p2731psen32ale /p33 txd

24、13rxd11u3at89c51ji123456789con3rp1123456789con1rp212345109876sgnsw dip-512345109876sgn1sw dip-5 sd zd03q02d14q15d27q26d38q39d413q412d514q515d617q616d718q719oe1le11u574als373d03q02d14q15d27q26d38q39d413q412d514q515d617q616d718q719oe1le11u874als373vcc 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)vcc1re set cry1xyal 1c115pfc215pf2al evcc2rxd

25、2t xd vcc cry2xtal 2c415pfc515pf2ce l2busyrvccvccvcc1p101p111p121p131p141p151p161ce r1busey1cl k1re set1rd1wrvccsre set1ad01ad11ad21ad31ad41ad51ad61ad71a81a91a101a111a121a131a141rxd1t xd2rd2wd1a152ad02ad12ad22ad32ad42ad52ad62ad72a82a102a112a122a132a142a151xt al22ad72ad62ad52ad42ad32ad22ad12ad01ad71a

26、d61ad51ad41ad31ad21ad11ad02ce l2wr2busyr2a102rd2a02a12a22a32a42a52a62a72a82a92ad02ad12ad22ad32ad42ad52ad62ad71ad01a81a91ad11ad21ad31ad41ad51ad61ad71aa71aa61aa51aa41aa31aa21aa11aa01ce r1wr1busyr1a101rd1aa01aa11aa21aa31aa41aa51aa61aa72al e圖 2-3 主控電路本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文92.2.1 時(shí)鐘及復(fù)位電路89c51 的時(shí)鐘可以利用它內(nèi)部的振蕩器（osc 部分）產(chǎn)

27、生，只要在 xtal1 和xtal2 引腳上接定時(shí)反饋電路即可使內(nèi)部振蕩器的自激振蕩。其接法如圖 2-3 所示，c1,c2 與無源晶振構(gòu)成了三點(diǎn)振蕩器，晶振頻率為 11.0592，電容飯的取值一般在530pf 之間，在設(shè)計(jì)中電容的值為 15pf。 ea/vpp 作為外部程序存儲(chǔ)器選擇引腳，在電路中將其接 vcc，即高電平，這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中只需從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼，而沒有用到外部程序存儲(chǔ)器5。在正常的情況下，單片機(jī)的程序是按照程序的要求順序執(zhí)行的。但是，在非正常的情況下，由于外界干擾或其他原因使得程序出現(xiàn)紊亂，出現(xiàn)程序跑飛現(xiàn)象。為了防止這種現(xiàn)象，可在硬件電路中加入看門狗電路。其功能為，在正

28、常的情況下，它是在系統(tǒng)加電時(shí)，提供單片機(jī)復(fù)位信號(hào)。而在程序執(zhí)行時(shí)，單片機(jī)必須每隔不超過某個(gè)一定的時(shí)間內(nèi)，提供給看門狗一個(gè)脈沖信號(hào)。如果看門狗在一定的 時(shí)間內(nèi)沒有接到這個(gè)脈沖，它就認(rèn)為單片機(jī)的程序已經(jīng)跑飛，立即提供給單片機(jī)復(fù)位信號(hào)，迫使系統(tǒng)復(fù)位。在本次設(shè)計(jì)我們選用 cmos 監(jiān)控電路 imp813l 作為 at89c51 的復(fù)位電路，它不僅可以監(jiān)控電源及電池電壓起到上電、掉電復(fù)位的作用，還可以監(jiān)視 cpu 的工作狀況，防止程序跑飛。當(dāng)電源電壓降至 4.65v 以下時(shí)，即產(chǎn)生復(fù)位。上電、掉電期間及在電壓降低的情況下可產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。此外，imp813l 帶有一個(gè) 1.6 秒的看門狗定時(shí)器。imp

29、813l具有高電平有效的復(fù)位輸出。所有器件都具有手動(dòng)復(fù)位（）輸入，看門狗定時(shí)器rm的輸出如果連接至將會(huì)觸發(fā)復(fù)位信號(hào)12。rm復(fù)位信號(hào)用來按已知狀態(tài)啟動(dòng) cpu，一旦 cpu 處于未知狀態(tài)，就將系統(tǒng)復(fù)位。imp813l 僅有一個(gè)高電平有效的復(fù)位輸出。當(dāng) vcc 大于 1.2v 時(shí)，reset 保證為低電平。在上電期間，reset 保持低電平直到電源電壓升至復(fù)位門限（4.65v 或 4.40v）以上。在超過此門限后，reset 為高電平大約 200ms。在掉電期間，當(dāng) vcc 降至復(fù)位門限以下時(shí)，reset 變?yōu)榈碗娖剑⒃?vcc 大于 1.2v 時(shí)保證低于 0.4v，如果在已開始的復(fù)位脈沖期間

30、電壓下降，則該脈沖至少再持續(xù) 140ms。imp813l 內(nèi)的看門狗定時(shí)器監(jiān)控單片機(jī)的工作。如果在 1.6 秒內(nèi)未檢測(cè)到其工作，內(nèi)部定時(shí)器將使看門狗輸出處于低odw全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)10電平狀態(tài)。將保持低電平直到在 wdi 檢測(cè)到單片機(jī)的工作。如果將 wdi 懸空odw或連接到一個(gè)三態(tài)電路，看門狗的功能則被禁止，即被清零且不計(jì)數(shù)。如果產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，看門狗定時(shí)器也會(huì)被禁止。當(dāng)復(fù)位信號(hào)無效且 wdi 輸入檢測(cè)到短至 50ns 的高電平或低電平跳變時(shí)，看門狗定時(shí)器將開始 1.6 秒的計(jì)數(shù)。wdi 端的跳變會(huì)復(fù)位看門狗定時(shí)器并啟動(dòng)一次新的計(jì)數(shù)周期。其工作原理圖如圖 2-4 所示。一旦電源電

31、壓 vcc 降至復(fù)位門限以下，也將變?yōu)榈碗娖讲⒈３衷摖顟B(tài)。只odw要 vcc 升至該門限以上，就變?yōu)楦唠娖健?duì)于不存在最小脈沖寬度，因?yàn)閛dwodw它是對(duì)于復(fù)位輸出而言的。如果 wdi 懸空，將有必要作為一個(gè)低功耗輸出指示odw器。imp813l 時(shí)序圖如下：圖2-4 看門狗時(shí)序其與單片機(jī)的連接電路如圖 2-3 所示，其中為手動(dòng)復(fù)位輸入端。低電平有效mr的輸入可觸發(fā)復(fù)位脈沖。vcc 電源輸入端。gnd 所有信號(hào)的基準(zhǔn)地。pfi 電源故障電壓監(jiān)控輸入。在設(shè)計(jì)中沒用。所以將其接地。，電源故障輸出。該輸出低電平有效0pf且 pfi 小于 1.25v 時(shí)吸收電流。wdi，看門狗輸入。wdi 控制內(nèi)部看

32、門狗定時(shí)器。wdi保持高電平或低電平達(dá) 1.6 秒可使內(nèi)部定時(shí)器完成計(jì)數(shù)，并將/wdo 拉 為低電平。/reset ,低電平有效的復(fù)位輸出。觸發(fā)后產(chǎn)生 200ms 的負(fù)脈沖，并只要 vcc 低于復(fù)位twdtwdtwdtwpwdiwdo reset本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文11門限，它就保持低電平。，看門狗輸出。當(dāng)內(nèi)部看門狗定時(shí)器超時(shí) 1.6 秒時(shí)，wdo拉至低電平，并直到看門狗被清零才變?yōu)楦唠娖健Ｔ谠O(shè)計(jì)中把作為的wdowdomr輸入信號(hào)。2.2.2 雙機(jī)通信部分此部分主要利用雙端口 ram idt7130，同時(shí)加上鎖存器 74ls373，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)間的通信。這里首先就 ram idt7130 和鎖存器

33、 74ls373 給予介紹。（1）雙端口 ram idt7130雙端口 ram idt7130 是一種高速 1k x 8bit 雙口靜態(tài) ram，帶片內(nèi)總線仲裁電路，適用于雙機(jī)之間大量數(shù)據(jù)的快速雙向傳遞，idt7130 提供了兩套各自獨(dú)立的控制和地址總線，同時(shí)提供了 busy 和 int 兩種總線仲裁方式。idt7130 芯片內(nèi)部的集成競(jìng)爭(zhēng)邏輯基于訪問信號(hào)先到者優(yōu)先的原則，可以在兩個(gè) cpu 同時(shí)訪問端口時(shí)進(jìn)行地址訪問或片選匹配。將兩端口中訪問慢的一方 busy 引腳電平下拉，使之寫入操作無效；一旦一方訪問完畢，訪問慢的一方 busy 線恢復(fù)上拉電平狀態(tài)，即可繼續(xù)訪問雙 ram.。其芯片圖如，

34、芯片分兩部分，一端與單片機(jī) 1 相接，一端與單片機(jī) 2 相接。其中,cer為其片選信號(hào)，r/wl,r/wr,為其讀寫控制信號(hào)，, , 為celbusylbusyrintlintr其總線仲裁方式控制位，a0la9l,a0ra9r 為地址端口控制位，i/o0li/o9l, i/o0ri/o9r 為數(shù)據(jù)端口控制位。在電路的設(shè)計(jì)時(shí),i/o 直接與單片機(jī)相連，而地址口通過地址鎖存器與單片機(jī)相連9。（2）地址鎖存器 74ls37374ls373 為八 d 鎖存器，其輸出端 o0o7 可以直接與總線相連，dod7 為數(shù)據(jù)輸入端，oe 為三態(tài)允許控制端，le 鎖存允許端，o0o7 輸出端 。當(dāng)三態(tài)允許控制端

35、oe 為低電平是，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) oe 為高電平時(shí)，o0o7 呈高組態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，鎖存器的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 le 為高電平時(shí)，o 隨數(shù)據(jù) d 而變。當(dāng) le 為低電平時(shí)，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平13。根據(jù)以上的分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，此部分的電路可設(shè)計(jì)如下 2-3，單片機(jī) 1 的p0 口作為低位地址口和數(shù)據(jù)復(fù)用口，p2 口作為高位地址口。作為數(shù)據(jù)口時(shí)直接接到idt7130 的 i/o0li/o9l 引腳，作為地全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)12址線時(shí)，通過地址鎖存器的 dod7 端后，經(jīng) q0q7 接到 idt7130

36、的 a0la9l。在電路中，74ls373 的 oe 端接地，使 o0o7 保持正常邏輯狀態(tài)，le 通過單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或鎖存。片選信號(hào) , 讀寫信號(hào) r/wl, 仲裁控制 , celbusyl通過單片機(jī) 1 對(duì)應(yīng)引腳控，實(shí)現(xiàn)將單片機(jī) 1 的數(shù)據(jù)傳送到 idt7130 中。同理，單oel片機(jī) 2 的 p0 口作為地址數(shù)據(jù)復(fù)用口，作為數(shù)據(jù)口時(shí)直接接到 idt7130 的 i/o0ri/o9r 引腳，作為地址線時(shí)，通過地址鎖存器的 dod7 端后，經(jīng) q0q7 接到 idt7130 的 a0ra9r。在電路中，74ls373 的 oe 端接地，使 o0o7 保持正常邏輯狀態(tài)，le 通過單

37、片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或鎖存。片選信號(hào) , 讀寫信號(hào)cerr/wr, 仲裁控制 , 通過單片機(jī) 2 對(duì)應(yīng)引腳控，實(shí) x 現(xiàn)將 idt7130 的數(shù)busyroer據(jù)讀到單片機(jī) 2 中，為數(shù)據(jù)的發(fā)送做好準(zhǔn)備。另外，在設(shè)計(jì)中只考慮了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性，可對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，理論上一個(gè) can 總線網(wǎng)絡(luò)上可以掛接 00h0f7h 個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，但根據(jù)控制局域網(wǎng)的特點(diǎn)及要求，在設(shè)計(jì)中節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為 32 個(gè)，其中上位操作站默認(rèn)為 00h，故現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)地址為 01h31h。當(dāng)采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式通信時(shí)，就必須考慮到怎樣對(duì)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置中利用三態(tài)編碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)地址碼設(shè)定，其原理圖如下 2-5

38、 所示。rp1 為排阻，sgn1 為編碼開關(guān)，當(dāng) 1 和 10 接通時(shí)，p10 對(duì)應(yīng)低電平，斷開為高電平。其他引腳同理。如 1 和 10 接通，2 和 9 斷開，3 和 8 接通，4 和 7 斷開，5 和 6 接通，則節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地址為 01010，即節(jié)點(diǎn)地址為 10。圖 2-5 地址碼設(shè)定2.3 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)在模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)中主要完成各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的輸入，信號(hào)預(yù)處理，信號(hào)多路開關(guān)選擇，信號(hào)調(diào)理，使之轉(zhuǎn)換成能滿足 a/d 轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)。然后通過單片機(jī)本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文13對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制，實(shí)現(xiàn)全量程的數(shù)據(jù)采集。2.3.1 信號(hào)輸入端子設(shè)計(jì)全量程的數(shù)據(jù)包括標(biāo)準(zhǔn)的變送器輸出的 42

39、0ma,15v 信號(hào)，及熱電阻，熱電偶信號(hào)。在輸入通道的設(shè)計(jì)中要求為 4 路信號(hào)輸入，由于 4 路都是一樣的，電路可設(shè)計(jì)如下圖 2-6 所示， rr0 為穩(wěn)流電阻，在電路的設(shè)計(jì)中 rr0 的阻值一般要大，從而有效的防止信號(hào)傳輸中線阻的影響，一般取值為 2k。a01，a02 為電流或電壓信號(hào)輸入端，其中 a01 為正極，a01 為負(fù)極。通過對(duì)跨接器 jr1 的設(shè)置，可選擇為電壓信號(hào)還是電流信號(hào)輸入。當(dāng) jr1 的 1，2 短接時(shí)，作為電流信號(hào)輸入，輸入的電流經(jīng) r10 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，在這里 r10 取值為 50 歐姆，將 420ma 的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成比例的 0.21v。若輸入的為電壓信號(hào)，則將

40、 jr1 的 1，2 斷開即可。當(dāng)熱電阻輸入時(shí)，由a00、a01、a02、a03 共同構(gòu)成其輸入，此時(shí) jr1 的 1，2 斷開。rr0 為穩(wěn)流電阻，在電路的設(shè)計(jì)中 rr0 的阻值一般要大，從而有效的防止信號(hào)傳輸中線阻的影響，一般取值為 2k。a00 接 mc1403 的輸出端，為熱電阻提供恒壓源，其工作原理為:當(dāng)熱電阻的阻值發(fā)生變化時(shí)，其上的電壓隨之發(fā)生變化，其電勢(shì)兩端分別通過 a01,a02 接入電路。另外 l14，l15，c11，c13，c12 組成 rc 濾波，能有效的消除信號(hào)干擾在電路中c13，c12 取值為 104，即 0.1uf。各種信號(hào)經(jīng)預(yù)處理后，送到信號(hào)多路選擇開關(guān)。 圖 2

41、-6 信號(hào)輸入電路全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)142.3.2 信號(hào)調(diào)理電路此部分接收來自多路選擇開關(guān)來的信號(hào)，經(jīng)跟隨放大處理，以達(dá)到后面 a/d 轉(zhuǎn)換輸入電壓的要求。其具體電路如下 2-7 所示，其主要由 lf412，op07，lm258 組成，同時(shí)配合電阻，得到適合的放大倍數(shù)。其工作原理如下，lf412 部分為跟隨電路，lf412的第 3 腳接信號(hào)的正極，輸入信號(hào)的負(fù)極接其第 5 腳，當(dāng) jrv1 的 1，2 腳相連時(shí)，lf412圖 2-7 信號(hào)處理電路對(duì)輸入信號(hào)的正極和負(fù)極進(jìn)行跟隨，當(dāng) jrv1 的 2，3 腳相連時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)極放大 2 倍，設(shè)輸入為 u-，輸出為 uo，則： (2

42、-1)urcrcrcuo121這里對(duì)信號(hào)放大 2 倍的目的是為了消除在熱電阻測(cè)量中線阻的影響，因?yàn)樵跓犭娮璧臏y(cè)量中會(huì)產(chǎn)生 2uo 的線阻。信號(hào)經(jīng) lf412 后，分別接到 op07 的 2，3 腳，op07 為精密運(yùn)算放大器，能對(duì)信號(hào)進(jìn)行精密放大，當(dāng) jr5 的 1，2 腳相連，jr6 的 1，2 腳相連時(shí)，在 op07 正向端其電壓為 u，則+ (2-2)1144uorlrru設(shè) op07 負(fù)向端設(shè)其電壓為,在 op07 輸出端電壓為 u02，則為，_u_u uorrruorrru766_1767_(2-3) 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文15根據(jù)虛短的概念知，=，所以由式（2-2） （2-3）可得u

43、_u （2-676_17671144rrruorrruorlrruo4）通過對(duì)各個(gè)電阻的不同阻值的設(shè)計(jì)，就可得到不同的放大倍數(shù)。同時(shí)，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)來的熱電偶信號(hào)比較弱，為了能使 a/d 轉(zhuǎn)換器很好的工作，必須加大放大倍數(shù)。經(jīng)放大后的信號(hào)送到 lm258，實(shí)現(xiàn)同相跟隨，最后送到 a/d 轉(zhuǎn)換器。圖中 jr6,jr5 為電阻選擇器，通過對(duì) jr6,jr5 的選擇，可得到不同的放大倍數(shù)。3其各種信號(hào)輸入時(shí)跳線器的接法及放大倍數(shù)如表 2-8 所示。表 2-8 跳線器的接法及放大倍數(shù)表jrv1 的 1，3 腳相連將現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)負(fù)端放大 2 倍，消除熱電阻測(cè)量時(shí)的線阻jrv1 的 1，2 腳相連實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的跟隨

44、jr5 的 1,3 腳相連jr6 的 1,2 腳相連將現(xiàn)場(chǎng)的變送器輸出的電流，電壓信號(hào)放大 2 倍jr5 的 1,2 腳相連jr6 的 1,3 腳相連將熱電偶信號(hào)放大 10 倍2.3.3 a/d 轉(zhuǎn)換部分a/d 轉(zhuǎn)換部分主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，在電路中它接收前級(jí)放大處理的信號(hào)，通過單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在電路的設(shè)計(jì)中采用 ad7705 作為 a/d 轉(zhuǎn)換器，因?yàn)槠渚哂泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)為：ad7705 是利用 -轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 16 位無丟失代碼性能。該器件可以接受直接來自傳感器的低電平的輸入信號(hào)，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出；增益可編程，其可調(diào)整范圍為 1128；輸出數(shù)據(jù)更新頻率可編程，可

45、進(jìn)行自效準(zhǔn)和系統(tǒng)效準(zhǔn)；帶有三線串行接口，采用 3v 或 5v 工作電壓，功耗低。引腳和功能說明說明如表 2-9 所示。表 2-9 引腳的功能說明表名稱說明sclk串行接口時(shí)鐘輸入端mclk in芯片工作時(shí)鐘輸入?？梢允蔷д窕蛲獠繒r(shí)鐘，其頻率范圍為全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)16500khz 到 5mhzmclk out時(shí)鐘信號(hào)輸出。當(dāng)用晶振或外的工作時(shí)鐘時(shí)，晶振必須在 mclk in和 mclk out 之間。如果采用外部時(shí)鐘，則 mclk out 可用于輸出反相時(shí)鐘信號(hào)，以作為其他芯片的時(shí)鐘源。該時(shí)鐘輸出可以通過編程來關(guān)閉sc片選端，低電平有效refin(+),refin(-)分別為參考電

46、壓的正端與負(fù)端teser芯片復(fù)位端口。當(dāng)該端為低電平時(shí)，ad7705 芯片內(nèi)的接口邏輯、自校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)濾波器等均為上電狀態(tài)。ain1(+),ain1(-)分別為第 1 個(gè)差分輸入通道的正端與負(fù)端ain2(+),ain2(-)分別為第 2 個(gè)差分輸入通道的正端與負(fù)端din串行數(shù)據(jù)輸入端dout轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端drdyout邏輯低電平時(shí)可從 a/d7705 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獲取新的輸出數(shù)據(jù)vdd電源電壓輸入端：+2.75.25vgnd內(nèi)部電路的接地端，電位基準(zhǔn)點(diǎn)ad7705 共有 8 個(gè)片內(nèi)寄存器，他們是通信寄存器、設(shè)置寄存器、時(shí)鐘寄存器、數(shù)據(jù)寄存器以及幾個(gè)測(cè)試和校準(zhǔn)寄存器。這些寄存器的任何操作都必須先寫

47、通信寄存器，然后才能對(duì)其他寄存器進(jìn)行操作。 通信寄存器通信寄存器是一個(gè) 8 位讀/寫寄存器，寫入通信寄存器的數(shù)據(jù)決定下一次讀/寫操作在哪一個(gè)寄存器上進(jìn)行，完成對(duì)所選寄存器的讀/寫操作后，該端口等待下一次寫操作，這也是通信寄存器的缺省狀態(tài)。如果在 din 為高電平時(shí)，寫操作持續(xù)的時(shí)間足夠長(zhǎng)(至少 32 個(gè)串行時(shí)鐘周期)，那么 ad7705 將返回該缺省狀態(tài)。通信寄存器中的rs2，rs1，rs0 為寄存器選擇位，它們決定對(duì)哪一個(gè)寄存器進(jìn)行讀/寫操作。常用的寄存器主要有通信寄存器(rs2rs1rs0= 000)、設(shè)置寄存器(rs2rs1rs0 001)、時(shí)鐘寄存器(rs2rs1rs0010)以及數(shù)據(jù)

48、寄存器(rs2rs1rs0：011)。r/w 為讀寫選擇位。該位確定對(duì)選定寄存器進(jìn)行讀還是寫操作，“0”表示寫操作，“1”表示讀操作。ch1，ch0 為通道選擇位，00 選擇通道 1，01 選擇通道 2。 設(shè)置寄存器設(shè)置寄存器是一個(gè) 8 位讀/寫寄存器。其中 md1，md0 為工作模式選擇位，md1md0：00，01，10，11 分別對(duì)應(yīng)正常工作模式、自校準(zhǔn)、零標(biāo)度系統(tǒng)校準(zhǔn)以及滿標(biāo)度系統(tǒng)校準(zhǔn)。g2，g1，go 為增益選擇位，g2g1g0=000ll1 分別對(duì)應(yīng)1，2，4，8，16，32，64，128 八種增益。本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文17時(shí)鐘寄存器時(shí)鐘寄存器是一個(gè) 8 位讀/寫寄存器。其中 clk

49、 為時(shí)鐘位。如果器件的主時(shí)鐘頻率為 2457 6 mhz(clkdiv 0)或 4915 2 mhz(clkdiv=1)，該位置“1”；如果主時(shí)鐘頻率為 1 mhz(clkdiv；0)或 2 mhz(clkdiv=1)，該位置“0”。此外 clk 還與 fs1和 fs0 共同選擇器件的輸出更新速率。數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器是一個(gè) 16 位只讀寄存器，他用來存放 ad7705 的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。這里要注意：當(dāng)對(duì) ad7705 進(jìn)行寫操作時(shí)，ad7705 期望 msb(最高有效位)在前，但微控制器(如 8051 系列)首先輸出 lsb(最低有效位)，因此必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行倒序。不過同時(shí)還要注意；數(shù)據(jù)寄存器雖

50、然是一個(gè) 16 位寄存器，但他由 2 個(gè) 8 位存貯單元組成，因此必須分成 2 個(gè) 8 位分別進(jìn)行倒序。進(jìn)行讀操作時(shí)同樣如此。根據(jù)以上的分析，及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，此部分電路可設(shè)計(jì)如圖 2-10 所示。圖 2-10 a/d 轉(zhuǎn)化電路在此電路中，采用單極性方式輸入，經(jīng)前級(jí)處理后的信號(hào)接到 ain1+端，通過單片機(jī)來控制 ad7705 的工作，復(fù)位端通過 p11 控制，片選端通過 p12 控制，sclk,do,di與單片機(jī)的 txd（p3.1）端和 rxd(p3.0)端相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，在設(shè)計(jì)中采用查詢的方式判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，即通過對(duì) p10 的判斷，以決定是否讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)5。設(shè)計(jì)中采用無源晶

51、振作為芯片的工作時(shí)鐘，同時(shí)為了使芯片能正常的工作及為了保證全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)18轉(zhuǎn)換的溫度穩(wěn)定性和精度，其參考電壓通過 mc1403 提供， mc1403 是低壓基準(zhǔn)芯片。一般用作 812bit 的 d/a 芯片的基準(zhǔn)電壓等一些需要基本精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的場(chǎng)合。 輸出電流: 10 ma，輸出電壓為 4.5v40v,輸出電壓為 2.5v0.25mv。mc1403 的引腳1 接+5v 電源，3 腳接地，其 2 腳為輸出。另加兩個(gè)電容就構(gòu)成完整的電路。在電路中cmc1,cmcy 為 0.1uf，cmc2 為 10uf。2.4 can 通信接口電路設(shè)計(jì)can 通信接口電路主要負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)

52、送到 can 總線上，或從 can 總線上接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的雙向通信。在設(shè)計(jì)中核心器件是 can 控制器和 can 驅(qū)動(dòng)器以及微控制器(單片機(jī))。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇 philips 公司生產(chǎn) sja1000作為 can 控制器、pca82c250 作為總線驅(qū)動(dòng)器。將 can 總線的信息通過 sja1000 轉(zhuǎn)存到單片機(jī)；或?qū)F(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)通過單片機(jī)轉(zhuǎn)存到 sja1000，然后通過總線把信息傳到上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控。另外通過光電隔離保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_和系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳輸。2.4.1 can 總線通信控制器 sja1000 的介紹sja1000 是新一代獨(dú)立

53、的 can 控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。它是 philips 公司 pca82c200 can 控制器的替代產(chǎn)品。sja1000 的引腳如下圖 2-11 示。圖 2-11 sja1000 的引腳圖（1）引腳定義如下表 2-12 示：本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文19表 2-12 sja1000 引腳描述名稱符號(hào)引腳號(hào)功能描述ad7ad02,1,2823地址/數(shù)據(jù)復(fù)合總線ale/as3 ale 輸入信號(hào)（inter 模式） ，as 輸入信號(hào)（motorola 模式）cs4片選信號(hào)輸入，低電平允許訪問 sja1000()/erd5微控制器的信號(hào)（inter 模式）或 e 使能信號(hào)

54、（motorola 模rd式）wr6微控制器的信號(hào)（inter 模式）或 rd/使能信號(hào)wrwr（motorola 模式）clkout7sja1000 產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號(hào)，它來自內(nèi)部振蕩器且通過編程分頻；時(shí)鐘分頻寄存器的時(shí)鐘關(guān)閉位可禁止該引腳輸出vss18接地xtal19輸入到振蕩器放大電路；外部振蕩信號(hào)由此輸入xtal210振蕩放大電路輸出；使用外部振蕩信號(hào)時(shí)漏極開路輸出mode11模式選擇輸入：1=inter 模式；0=motorola 模式vdd312輸出驅(qū)動(dòng)的 5v 電源tx013從 can 輸出驅(qū)動(dòng)器 0 輸出到物理線路上tx114從 can 輸出驅(qū)動(dòng)器 1 輸出到物

55、理線路上vss315輸出驅(qū)動(dòng)器接地int16中斷輸出，用于中斷微控制器；在內(nèi)部中斷寄存器的任一位置1 時(shí)，低電平有效；開漏輸出，且與系統(tǒng)中的其他輸出intint是線性關(guān)系。此引腳上的低電平可以把該控制器從睡眠模式中激活全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)20rst17復(fù)位輸入，用于復(fù)位 can 接口（低電平有效） ；把引腳通rst過電容連到 vss，通過電阻連到 vdd，可自動(dòng)上電復(fù)位（例如，c=1f；r=50k）vdd218輸入比較器的 5v 電源rx0，rx119、20從物理的 can 總線輸入到 sja1000 輸入比較器；顯性電平將喚醒 sja1000 的睡眠模式；如果 rx1 電平比 rx

56、0 的高，就讀顯性電平，反之讀隱性電平；如果時(shí)鐘分頻寄存器的 cbp 位被置 1，can 輸入比較器被旁路以減少內(nèi)部延時(shí)；當(dāng) sja1000 連有外部收發(fā)電路時(shí)，只有 rx0 被激活，隱性電平被認(rèn)為是邏輯高而顯性電平被認(rèn)為是邏輯低vss221輸入比較器的接地端vdd122邏輯電路的 5v 電源（2）片內(nèi)存儲(chǔ)器介紹表 2-13 basic can 寄存器總覽寄存器地址寄存器地址控制寄存器 cr0總線時(shí)序 0 寄存器 btr06命令寄存器 cmr1總線時(shí)序 1 寄存器 btr17狀態(tài)寄存器 sr2輸出控制寄存器 oc8中斷寄存器 ir3發(fā)送緩沖器 txb1019驗(yàn)收代碼寄存器 ac4接收緩沖器 r

57、xb2029驗(yàn)收屏蔽寄存器 am5時(shí)鐘分頻器 cdr311、控制寄存器（cr）控制寄存器位于 sja1000 寄存器區(qū)的 0 地址，用于設(shè)置 sja1000 訪問模式和各種中斷。各位的意義如下表所示表 2-14 控制寄存器位cr.0cr.1cr.2cr.3cr.4cr.5cr.6cr.7符號(hào)rrrietieeieoie名稱復(fù)位請(qǐng)求接收中斷使能發(fā)送中斷使能錯(cuò)誤中斷使能超載中斷使能保留保留保留2、命令寄存器（cmr）對(duì)微控制器來說，命令寄存器是只寫存儲(chǔ)器，如果去讀這個(gè)地址，返回值總是“11111111” 。設(shè)置該寄存器中特定的位，可以執(zhí)行特定的命令，兩條命令以上至少要有一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的間隔。本科

58、畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文21命令寄存器各位的功能說明如下：表 2-15 命令寄存器位cmr.0cmr.1cmr.2cmr.3cmr.4cmr.5cmr.6cmr.7符號(hào)tratrrbcdogts名 稱發(fā)送請(qǐng)求終止發(fā)送釋放接收緩沖器清除數(shù)據(jù)溢出睡 眠保 留保 留保 留3、狀態(tài)寄存器（sr）狀態(tài)寄存器的內(nèi)容反映了 sja1000 的狀態(tài)，其各位的功能說明如下：表 2-16 狀態(tài)寄存器位sr.0sr.1sr.2sr.3sr.4sr.5se.6se.7符號(hào)rbsdostbstcsrstsesbs名稱接收緩沖器狀態(tài)數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)發(fā)送緩沖器狀態(tài)發(fā)送完畢狀態(tài)接收狀態(tài)發(fā)送狀態(tài)出錯(cuò)狀態(tài)總線狀態(tài)4、中斷寄存器（ir）通過中

59、斷寄存器可以識(shí)別中斷源。當(dāng)寄存器的一位或多位被置位時(shí)，（低tni電平有效）引腳被激活，中斷寄存器被微處理器讀過后，所有會(huì)導(dǎo)致腳上電平tni變化的位將被復(fù)位。中斷寄存器各位的功能說明表2-17 中斷寄存器：位ir.0ir.1ir.2ir.3ir.4ir.5ir.6ir.7符號(hào)ritieidoiwui名稱接收中斷發(fā)送中斷錯(cuò)誤中斷數(shù)據(jù)溢出中斷喚醒中斷保留保留保留其余寄存器各位功能見應(yīng)用手冊(cè)。需要注意的是，在我們?cè)O(shè)計(jì)的電路中 vdd1，vdd2，vdd3，mode 都通過接高電平，選通 inter 模式，xtal1 則必須通過 15pf 的電容連接地信號(hào)，其 ale 引腳、片選信號(hào)cs、復(fù)位信號(hào) re

60、set 則分別通過 at89c51 單片機(jī)的 ale、p2.7、p1.6 引腳控制。而其讀、寫引腳(rd，wr)分別與單片機(jī)相應(yīng)位連接，其余引腳參照規(guī)則即可給出10。2.4.2 總線驅(qū)動(dòng)器 pca82c250 的介紹pca82c250 是 can 控制器與物理總線之間的接口，最初是為汽車中的高速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。器件可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能?？偩€驅(qū)動(dòng)器 pca82c250 主要特性如下，具有高速率(最高可達(dá) 1mbps)；具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護(hù)總線能力；采用斜率控制(slope control)，降低射頻全量程現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)22干擾(rfi)；過熱保護(hù)；未上電節(jié)點(diǎn)不會(huì)