旋挖鉆機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)2(甘按畢業(yè)設(shè)計(jì)紙打)

1、山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙目 錄第1章 緒論11.1 旋挖鉆機(jī)的基本知識11.2 旋挖鉆機(jī)的發(fā)展歷史21.3 旋挖鉆機(jī)的應(yīng)用前景31.4本選題工作內(nèi)容與任務(wù) 5第2章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方案及技術(shù)指標(biāo)62.1 控制系統(tǒng)方案62.2 主要技術(shù)指標(biāo)6第3章 硬件部分的設(shè)計(jì)7 3.1 電源部分7 3.2 單片機(jī)選型10 3.3 模擬信號處理部分15 3.4 PWM功率放大器16 3.5 RS232接口16 3.6鍵盤及顯示器接口17 3.7 數(shù)字輸入輸出接口及計(jì)數(shù)器接口18 3.8 CAN總線接口18第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)324.1 主程序324.2中斷控制324.3控制規(guī)律設(shè)計(jì)334.4

2、PID 控制算法34結(jié)束語35參考文獻(xiàn)36致 謝37第 43 頁山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙第1章 緒論1.1 旋挖鉆機(jī)的基本知識旋挖鉆機(jī)是一種用于建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械。它是以履帶為支承的回轉(zhuǎn)斗式旋挖鉆孔機(jī)械，其工作裝置由動力頭、伸縮鉆桿、加壓裝置和液壓系統(tǒng)等組成。廣泛應(yīng)用于我國的公路、鐵路、橋梁和大型建筑的基礎(chǔ)樁施工。早期大部分所用的旋挖鉆機(jī)都是由德國和意大利進(jìn)口或者是日本二手旋挖鉆機(jī)。近幾年，隨著青藏鐵路、北京鳥巢等項(xiàng)目的推動，國外進(jìn)口品牌不斷涌入，我國同類產(chǎn)品也在逐步發(fā)展起來，未來幾年正處于發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，同時(shí)國內(nèi)、國外的旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品將不可避免的出現(xiàn)競爭勢頭。旋挖鉆機(jī)

3、的控制屬于一般工業(yè)自動化應(yīng)用領(lǐng)域,它要求一種廉價(jià)、節(jié)能、維護(hù)方便、適用于大功率控制及具有一定控制精度的控制技術(shù),所以采用電液比例控制。它能夠接受模擬信號和數(shù)字信號，使輸出的流量或壓力連續(xù)成比例地受到控制。電液比例控制系統(tǒng)有數(shù)字控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)節(jié)(PWM)控制系統(tǒng)等。旋挖鉆機(jī)鉆桅的垂直度直接影響到所鉆孔的質(zhì)量,對于提高工程機(jī)械作業(yè)效率有著很重要的意義,保證其在要求的范圍內(nèi)是控制系統(tǒng)應(yīng)完成的主要任務(wù)。所以旋挖鉆機(jī)的控制方案為:根據(jù)操作員的指令,利用電液比例控制系統(tǒng)控制液壓缸運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)鉆具安全平穩(wěn)起豎,進(jìn)而保證旋挖鉆機(jī)鉆桅的垂直度在要求范圍內(nèi)。同時(shí),精確的井深測量也能極大提高工作效率。所以,它也是控

4、制系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。旋挖鉆機(jī)的特點(diǎn)在于：1、成孔速度快。與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)相比優(yōu)勢明顯，這樣就有效地保證了工程的進(jìn)度。2 、環(huán)保特點(diǎn)突出。與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)區(qū)別在于可以循環(huán)使用泥漿，而傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)是不斷地產(chǎn)生泥漿。旋挖鉆機(jī)更可適用于干成孔作業(yè)。3、行走移位方便。旋挖鉆機(jī)的履帶機(jī)構(gòu)可將鉆機(jī)方便地移動到所要到達(dá)的位置，而不像傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)移位那么繁瑣。4、樁孔對位方便準(zhǔn)確。這是傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)根本達(dá)不到的，在對位過程中操作手在駕駛室內(nèi)利用先進(jìn)的電子設(shè)備就可以精確地實(shí)現(xiàn)對位，使鉆機(jī)達(dá)到最佳鉆進(jìn)狀態(tài)。5、還可配置其他輔助機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)多功能用途。目前,國內(nèi)外旋挖鉆控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是其控制器的所有控制規(guī)

5、律處理、輸入/輸出信號波形處理和功率放大等都由模擬電路進(jìn)行,因此迫切需要改進(jìn)。而旋挖鉆機(jī)控制的數(shù)字化正是目前提高旋挖鉆機(jī)工作性能的必然要求和發(fā)展趨勢。數(shù)字控制系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì)七、八十年代占主導(dǎo)地位。它采用單片機(jī)、和微機(jī)作為控制器，控制器內(nèi)部傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，因此克服了模擬信號在控制系統(tǒng)中的諸多缺點(diǎn)。數(shù)字式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是易于根據(jù)全局情況進(jìn)行控制、計(jì)算和判斷，在控制方式、控制時(shí)機(jī)的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度和安排，缺點(diǎn)是對控制器本身的要求很高。1.2 旋挖鉆機(jī)的發(fā)展歷史旋挖鉆機(jī)是在回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)和全套管鉆機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。第二次世界大戰(zhàn)前，美國CALWELD首先研制出回轉(zhuǎn)斗、短螺旋鉆機(jī)。二十世紀(jì)五十年代，

6、法國BENOTO將全套管鉆機(jī)應(yīng)用于樁基施工，而后由歐洲各國將其組合并不斷完善，發(fā)展成為今天的多功能組合模式。意大利土力公司首先從美國將安裝在載重汽車上和附著在履帶起重機(jī)上的鉆機(jī)引入歐洲。動力頭為固定式，不能自行安裝套管，難以適應(yīng)硬質(zhì)土層施工。1960年德國寶峨公司研制了配有伸縮鉆桿的BG7 型鉆機(jī)。該鉆機(jī)直接從底盤提供動力，配置可鎖式鉆桿實(shí)現(xiàn)加壓鉆孔，鉆孔扭矩增大，可實(shí)現(xiàn)在緊密砂礫層和巖層的鉆孔。日本于1960年從美國引進(jìn)CALWELD旋挖鉆機(jī)。同年加藤制作所開發(fā)了15H型鉆機(jī)，以后開發(fā)了可配套搖管裝置和抓斗的鉆機(jī)。1965年日立建機(jī)研制了利用挖掘機(jī)底盤裝有液壓加壓裝置的鉆機(jī)；1974年開發(fā)了

7、利用液壓履帶起重機(jī)底盤由液壓馬達(dá)驅(qū)動的鉆機(jī)。1981年日立建機(jī)與土力公司合作開發(fā)了為提高單樁承載力的擴(kuò)展鉆頭，使旋挖鉆機(jī)進(jìn)入了鉆孔擴(kuò)底灌注樁的施工領(lǐng)域。德國寶峨的加入和日立建機(jī)與住友建機(jī)的聯(lián)盟進(jìn)一步促進(jìn)了旋挖鉆機(jī)技術(shù)在日本的發(fā)展。日本的旋挖鉆機(jī)扭矩比歐洲的同類產(chǎn)品小。目前國外的旋挖鉆機(jī)主要廠家為：德國：BAUER、LIEBHERR、Delmag、WIRTH、MGF;意大利：SoilMec、MAIT、CMV、CASAGRANDE、IMT、ENTEGO;西班牙:LLAMADA;日本：日本車輛、HITACHI、住友、加藤；芬蘭：JUNTTAN、TAMROCK;美國：APE、Ingersoll-Ran

8、d;英國：BSP等。1984年天津探礦機(jī)械廠首次從美國RDI公司引進(jìn)車載式旋挖鉆機(jī)。1988年北京城建工程機(jī)械廠仿制了土力公司1.5m直徑的附著式旋挖鉆機(jī)。1994年鄭州勘察機(jī)械廠引進(jìn)英國BSP公司附著式旋挖鉆機(jī)。1998年上海金泰股份有限公司與寶峨合作組裝BG15。1999年哈爾濱四海工程機(jī)械公司和徐州工程機(jī)械股份有限公司先后開發(fā)了附著式旋挖鉆機(jī)和獨(dú)立式旋挖鉆機(jī)。2001年經(jīng)緯巨力第一臺旋挖鉆機(jī)試制成功。2003年后三一、三河智能等多家生產(chǎn)廠家的旋挖鉆機(jī)陸續(xù)下線，產(chǎn)銷兩旺。目前國內(nèi)的旋挖鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家為：湖南山河智能、湖南三一、徐工、中聯(lián)重科、徐州東明、北京巨力、天津?qū)毝?、石家莊煤機(jī)、連云

9、港黃海、哈爾濱四海、內(nèi)蒙古北方重汽、宇通重工、南車時(shí)代、山東鑫國、鄭州勘察等。1.3旋挖鉆機(jī)的應(yīng)用前景混凝土質(zhì)量的改善，樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的完善，灌注樁承載能力的提高，以及城市環(huán)境法規(guī)的嚴(yán)格執(zhí)行，混凝土灌注樁幾乎取代了其他基礎(chǔ)，成為應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)。國內(nèi)外成孔作業(yè)中各種鉆孔機(jī)（反循環(huán)、旋挖鉆機(jī)、全套管）的比例迥然不同。在國外大直徑混凝土灌注樁施工中，旋挖鉆機(jī)一般占2/3以上，反循環(huán)鉆機(jī)在歐洲城市中幾乎不再使用。而國內(nèi)鉆孔機(jī)產(chǎn)品中反循環(huán)鉆機(jī)的產(chǎn)量占90。旋挖鉆機(jī)因其具有裝機(jī)功率大、輸出鈕矩大、軸向壓力大、機(jī)動靈活、施工效率高、環(huán)保等特點(diǎn)，配合不同鉆具，適應(yīng)我國大部分地區(qū)的地質(zhì)條件，成為適合建筑基礎(chǔ)工

10、程中成孔作業(yè)最理想的施工機(jī)械。近年來，北京地鐵、環(huán)線路網(wǎng)建設(shè)，特別是青藏鐵路、奧運(yùn)場館、首都機(jī)場新航站樓等大型工程的施工中，旋挖鉆機(jī)高校、環(huán)保、效益高的優(yōu)勢得到公認(rèn)。隨著改革開發(fā)的逐步深化，國內(nèi)市場經(jīng)濟(jì)的需求，使得鐵路公路水路交通，城市公共設(shè)施和工業(yè)民用建筑，水利電力設(shè)施，港口碼頭機(jī)場的建設(shè)全面飛速發(fā)展樁基礎(chǔ)施工機(jī)械潛在的巨大市場已經(jīng)出現(xiàn)。僅鐵路建設(shè)方面，2005年我國將再立項(xiàng)一批新項(xiàng)目，到2020年鐵路建設(shè)總投資要超過2萬億元，平均每年投資在1000億元以上。旋挖鉆機(jī)及施工工藝在我國北方地區(qū)已經(jīng)得到很快普及。在南方地區(qū)特別是東南沿海發(fā)達(dá)地區(qū)由于地層較軟，樁一般較大較深，旋挖鉆機(jī)成孔困難，目前

11、仍以正反循環(huán)鉆機(jī)為主。實(shí)際上旋挖鉆機(jī)配合一些其他設(shè)備也可在該地區(qū)施工。一種方法是旋挖鉆機(jī)與套管式鉆機(jī)聯(lián)合施工；另一種方法是利用我國已廣泛使用的振動樁錘沉拔鋼護(hù)筒在軟土地區(qū)成孔施工。通過浙江大塘烏沙山電廠、寧波金華蘭溪電廠等施工證明完全是可行的。旋挖鉆機(jī)的大量應(yīng)用只是在近幾年，我國缺乏相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，尚未編制旋挖鉆機(jī)的施工規(guī)范，沒有系統(tǒng)的工法研究，缺少技術(shù)培訓(xùn)，基本理論的研究有待深入。旋挖鉆機(jī)與土木工程及施工工藝結(jié)合的非常緊密。研制旋挖鉆機(jī)的技術(shù)人員應(yīng)熟悉樁基礎(chǔ)施工，使用旋挖鉆機(jī)的工程技術(shù)人員應(yīng)了解其工作原理和作業(yè)性能。為此，中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會將和有關(guān)科研單位、主機(jī)生產(chǎn)廠家及施工部門開展與旋挖

12、鉆機(jī)相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)、施工經(jīng)驗(yàn)的交流等活動，適時(shí)地制定旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，推動機(jī)械化施工和旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品地發(fā)展，尤其是數(shù)字控制的旋挖鉆機(jī)，數(shù)字式是今后發(fā)展的必然趨勢，需要專業(yè)人員深入研究。1.4 本選題工作內(nèi)容與任務(wù)1.4.1 選題依據(jù)本論文的題目是"旋挖鉆機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)CAN總線接口設(shè)計(jì)”,是自選課題。之所以選CAN總線而不選其它類型的總線，主要基于以下幾點(diǎn)原因:（1） CAN總線符合IS011898標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)的總線，并被公認(rèn)為是 最有前途的現(xiàn)場總線之一;（2）CAN總線的硬件接口非常簡單，編程方便;（3） CAN總線特別適合于微處理器之間的相互通信，而且Mo

13、torola, Intel, Philips等公司均生產(chǎn)獨(dú)立的CAN芯片和帶有CAN接口的89S51芯片，使CAN總線系統(tǒng)的構(gòu)成比較容易且價(jià)格低廉，因此具有較高的性價(jià)比;（4）現(xiàn)有的有關(guān)CAN總線的技術(shù)資料比較詳細(xì);（5）CAN總線的采用短幀發(fā)送，因此信息的傳輸速度快，實(shí)時(shí)性好，適合應(yīng)用在工業(yè)控制中。1.4.2 對此CAN總線的設(shè)計(jì)目標(biāo)本選題的主要任務(wù)是旋挖鉆機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的CAN總線設(shè)計(jì)，掌握CAN總線技術(shù)及CAN總線控制系統(tǒng)的基本理論，并就所涉及的有關(guān)知識進(jìn)行研究與說明，以鞏固所學(xué)知識和查閱資料的能力。設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：（1）支持CAN的技術(shù)規(guī)范CAN2.0A。（2）對CAN總線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行硬件設(shè)

14、計(jì)。該節(jié)點(diǎn)以AT89S51為核心，采用CAN控制器SJA1000, CAN總線接口PCA82C250等器件形成具有光電隔離的CAN總線接口電路，可配備人機(jī)接口，具有現(xiàn)場編程和顯示功能。（3）對CAN總線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軟件的初始化、發(fā)送及接收數(shù)據(jù)編程設(shè)計(jì)。（4）對于本課題其他部分做簡要介紹。第2章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方案及技術(shù)指標(biāo)2.1 控制系統(tǒng)方案方案如圖21所示。系統(tǒng)監(jiān)測傾角傳感器信號、比例閥反饋信號、液壓缸位置傳感器信號和操縱桿發(fā)來的指令,根據(jù)控制算法產(chǎn)生控制數(shù)據(jù),控制數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換算法產(chǎn)生控制量(PWM信號),并通過驅(qū)動電路控制電液比例閥,采用反饋控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓通道的精確同步控制,克服了鉆具起

15、豎過程中由于兩個(gè)比例方向閥參數(shù)不一致而造成的歪斜。旋挖鉆機(jī)的正常工作還需要許多輔助系統(tǒng),在本控制系統(tǒng)中包含有井深測量控制系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)。為滿足不同旋挖鉆機(jī)的控制需要,本系統(tǒng)還具有控制參數(shù)設(shè)置和旋挖鉆機(jī)工作過程參數(shù)顯示等功能。 控制手柄控制器電液比例閥液壓缸旋瓦鉆機(jī)電流反饋位置反饋 圖21旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2主要技術(shù)指標(biāo)·垂直度(圓周)誤差<0.2°，也就是在兩個(gè)正交軸上,傾角誤差的平方和的平方根小于0.2°井深測量誤差可控制在小于10cm的范圍內(nèi)。 ·提供穩(wěn)定的±5V和±10V電壓接口，以滿足操縱桿和傳

16、感器的用電要求。 ·提供八路開關(guān)量輸出信號，用于系統(tǒng)保護(hù)、告警和狀態(tài)指示。 ·可控制兩個(gè)三位四通比例換向閥，驅(qū)動電流大于2A。 ·提供RS232接口，用于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、故障檢測,并提供CAN總線接口，用于系統(tǒng)組網(wǎng)。第3章 硬件部分的設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)主要由電源、傳感器供電電源、模擬信號處理、單片機(jī)、RS232接口、CAN總線接口、PWM功率放大、數(shù)字輸入輸出、計(jì)數(shù)輸入、液晶顯示器接口、數(shù)字鍵盤接口等部分組成,其配置框圖如圖31所示。PWM功 率放 大RS23 接 口CAN 總 線接 口液晶顯示器接 口單 片 機(jī)數(shù) 字 鍵 盤接 口數(shù) 字 輸 入輸 出計(jì) 數(shù) 輸 入傳

17、感 器 供電電源±5VDC±10VDC模擬信號處理+12V DC電 源車輛24V5V DC-12V DC電流信號電壓信號圖31 系統(tǒng)硬件配置3.1電源部分系統(tǒng)的傳感器模塊、顯示模塊、微控制器模塊、通信模塊都需要穩(wěn)定可靠的電源供電，因此電源也是儀表系統(tǒng)中非常重要的部分之一，其可靠性、抗干擾能力、穩(wěn)定性等性能指標(biāo)將直接影響到系統(tǒng)控制的質(zhì)量。CAN總線上各模塊工作時(shí)使用+5V、+12V和10V直流電源，因此需要將總線提供的標(biāo)準(zhǔn)十24V轉(zhuǎn)化為所需的電源。大家知道電源電路是引入強(qiáng)干擾的主要通道，瞬間干擾可以通過電源線竄入CPU系統(tǒng)，所以首先使用DC/DC隔離器進(jìn)行電源隔離，再采用LM

18、2575HVT-5.0和LM2575HVT-12.0電源模塊將+24V電源分別降為+5V和+12V。LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成穩(wěn)壓電路，是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品。它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路;大大減小了散熱片的體積，或在大多數(shù)情況下不需散熱片;內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等;芯片可提供外部控制引腳。（1）LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路芯片的主要參數(shù)如下:最大輸出電流:1A；最大輸入電壓:45V； 輸出電壓:3.3V, 5V, 12V, 15V, ADJ(可調(diào))；振蕩頻率:54kHz

19、 ；最大穩(wěn)壓誤差:4%；轉(zhuǎn)換效率:75%88%(不同的電壓輸出的效率不同)；工作溫度范圍:-40125。（2）LM2575的引腳功能如下：VIN：未穩(wěn)壓電壓輸入端；OUTPUT:開關(guān)電壓輸出，接電感及快恢復(fù)二極管；GND:公共接地端；FEADBACK:反饋輸入端；ON/OFF:控制輸入端，接公共接地端時(shí)，穩(wěn)壓電路工作，接高電平時(shí)，穩(wěn)壓電路停止。用LM2575模塊將標(biāo)準(zhǔn)的+24V電源電壓分別降為十5V和+12V電壓的電路原理圖如圖32所示，電感的選擇根據(jù)輸出的電壓檔次、最大輸入電壓、最大負(fù)載電流等參數(shù)選擇。輸入電容應(yīng)大于47uF，并要求盡量靠近電路。輸出電容推薦使用的電容量為100uF470uF

20、，其耐壓值應(yīng)大于額定輸出的1.52倍。二極管的額定電流值應(yīng)大于最大負(fù)載電流的1.2倍，但考慮到負(fù)載短路的情況，二極管的額定電流值應(yīng)大于LM2575最大電流限值。另外二極管的反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓的1.25倍.LM25755.0 (LM257512.0)VIN FEEDBACK ON/OFF OUTPUT GND+24V(+12V)+5V圖32 24V到5V（12V）的轉(zhuǎn)換電路LM-780824V2V10V圖33 10V電壓產(chǎn)生電路另外10V直流電源用LM7808穩(wěn)壓模塊接一穩(wěn)壓管產(chǎn)生，如圖33所接： Fu速熔保險(xiǎn)、電源反接保護(hù)電路及濾波電路如圖34：圖34 3.2 單片機(jī)選型3.2.1單片

21、機(jī)簡介在選用單片機(jī)之前，首先簡要介紹一下它的概念及特點(diǎn)。單片機(jī)是單片微型機(jī)算計(jì)的簡稱，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一個(gè)非?；钴S和頗具生命力的機(jī)種。它特別適用于控制領(lǐng)域，故友稱為微控制器（Microcontroller）。通常單片機(jī)單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有：中央處理器CPU（由運(yùn)算器、控制器和中斷電路等組成）、存儲器（RAM和ROM）和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)CPU進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作的字長由8位、16位、32位到64位不等，當(dāng)然字長越長運(yùn)算速度越快，數(shù)據(jù)處理能力也越強(qiáng)。單片機(jī)在工業(yè)控制中起著非常重要的作用

22、，它具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等許多優(yōu)點(diǎn)，故可以廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的個(gè)領(lǐng)域，對各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動作用。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，單片機(jī)亦是核心控制器件。由于MCS-51單片機(jī)影響極深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，就是說MCS-51內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。MCS-51單片機(jī)是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內(nèi)部沒有程序存儲器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS-51

23、內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S51、89C51等），8051是早期的最典型的代表作，其他的公司的51單片機(jī)產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而已。同樣的一段程序，在各個(gè)單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51單片機(jī)，同時(shí)是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時(shí)鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫1000次）存儲器取帶了原來的ROM（一次性寫入），AT89C51

24、的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。不過在市場化方面，89C51受到了PIC單片機(jī)陣營的挑戰(zhàn)，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在線更新程序）功能，必須加上ISP功能等新功能才能更好延續(xù)MCS-51的傳奇。89S51就是在這樣的背景下取代89C51的，現(xiàn)在，89S51目前已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的Atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，89S51采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同時(shí)，Atmel不再接受89CXX的定單，大家在

25、市場上見到的89C51實(shí)際都是Atmel前期生產(chǎn)的巨量庫存而已。3.2.2 AT89S51單片機(jī)基于市場流行趨勢和產(chǎn)品本身性能，本設(shè)計(jì)中選用ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S51單片機(jī)， AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k BytesISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式

26、控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。    （1）AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳；4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器；128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷；2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器；2個(gè)全雙工串行通信口；看門狗（WDT）電路；片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件

27、復(fù)位。另外，僅針對89C51來說，89S51新增加很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51更低！ 其增加的新功能包括： - ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。不再像89C51只支持并行寫入，同時(shí)需要VPP燒寫高壓。 - 最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。 - 具有雙工UART串行通道。 - 內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。 -&

28、#160;雙數(shù)據(jù)指示器。 - 電源關(guān)閉標(biāo)識。 - 全新的加密算法，這使得對于89S51的*變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容51全部子系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機(jī)是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。（2）89S51的引腳配置見附錄1中圖35。（3）引腳說明如下：VCC:AT89S51 電源正極輸入，接+5V電壓。GND：電源接地端。XT

29、AL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。RST：AT89S51的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。ALE/PROG：ALE 是英文“ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。

30、當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，ALE信號負(fù)跳變來觸發(fā)外部的8位鎖存器 (如74LS373)，將端口P0的地址總線(A0-A7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。在非訪問外部存儲器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。當(dāng)問外部存儲器期間，將以1/12 振蕩頻率輸出。/EA/VPP：該引腳為低電平時(shí)，則讀取外部的程序代碼 (存于外部EPROM 中)來執(zhí)行程序。因此在8031中，EA引腳必須接低電位，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用AT89S51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機(jī)時(shí)，此引腳接成高電平使程序運(yùn)行時(shí)訪問內(nèi)部程序存儲器，當(dāng)程序指針PC值超過片內(nèi)程序存儲器地址(

31、如8051/89C51/89S51的PC超過0FFFH)時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運(yùn)行。/PSEN：此為“Program Store Enable”的縮寫。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次PSEN信號。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生PSEN信號。P0：P0口(P0.0P0.7)是一個(gè)8位漏極開路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向IO口用。P0口每一個(gè)引腳可以推動8個(gè)LSTTL負(fù)載。P2：P2口(P2.0P2.

32、7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，當(dāng)訪問外部程序存儲器時(shí)，它是高8位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向IO口用。每一個(gè)引腳可以推動4個(gè)LSTL負(fù)載。P1：P1口(P1.0P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，其輸出可以推動4個(gè)LSTTL負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。P3：P3口(P3.0P3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，它還提供特殊功能,包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ涮厥夤δ芤_分配如下：P3.0： RXD串行通信輸入P3.1：

33、 TXD串行通信輸出P3.2； INT0外部中斷0 輸入，低電平有效P3.3： INT1外部中斷1 輸入，低電平有效P3.4： T0計(jì)數(shù)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.5： T1計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.6 ：WR外部隨機(jī)存儲器的寫選通，低電平有效P3.7： RD外部隨機(jī)存儲器的讀選通，低電平有效3.3 模擬信號處理部分 操縱桿信號濾波與處理比例閥反饋信號濾波及處理CD4053B模擬信號經(jīng)本電路處理后,送入A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)數(shù)字輸入端。為提高單片機(jī)系統(tǒng)端口的使用效率,本系統(tǒng)采用模擬開關(guān)(CD4053B)對比例方向閥反饋信號和單片機(jī)PWM輸出信號進(jìn)行切換,A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。CD

34、4053B是一個(gè)三組兩觸點(diǎn)模擬開關(guān)。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。具體組成框圖見圖36。來自操縱桿的信號操縱桿狀態(tài)信號去A/D轉(zhuǎn)換器來自比例閥的反饋信號來自傾角傳感電流電壓轉(zhuǎn)換和濾波轉(zhuǎn)換與濾波電路放大及故障檢測去A/D轉(zhuǎn)換器器的電流信號去A/D轉(zhuǎn)換器的傾角信號故障狀態(tài)與限位信號來自液壓缸位置傳比例閥反饋信號濾波及處理故障檢測與限位狀態(tài)信號傳感器的信號器的差分信號整形與解碼電路 來自霍耳傳感 去A/D轉(zhuǎn)換器的位置信號去單片機(jī)計(jì)數(shù)器信號圖36 模擬信號處理部分功能框圖3.4 PWM功率放大器PWM功

35、率放大器是驅(qū)動電液比例方向閥的重要部件,為保障其可靠工作,又具備完善的保護(hù)措施,在設(shè)計(jì)中采用一種專用的PWM功率放大模塊BTS707。該模塊不僅具有兩路PWM輸出來驅(qū)動兩個(gè)三位四通比例換向閥,而且具有完善的保護(hù)功能和斷路檢測功能,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電磁閥線圈故障,以便及時(shí)采取緊急處理措施。取樣電阻引回的反饋信號用于構(gòu)成串聯(lián)負(fù)反饋回路,以穩(wěn)定通過電磁閥線圈的電流,避免線圈溫度變化造成的驅(qū)動電流波動。3.5 RS232接口 RS232接口是計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。通常是以一個(gè)帶有25插針或插孔的D型連接頭的形式呈現(xiàn)的，稱之為DB-25接頭。RS-232接口某些計(jì)算機(jī)在使用這個(gè)接頭時(shí)不使用所有

36、的25個(gè)插針，只是使用一部分，在調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)的通訊中根本不需要使用所有的25個(gè)插針。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。該接口的用途主要是提供人機(jī)接口,實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、故障檢測等功能?？芍苯永脝纹瑱C(jī)的UART口,配以RS232電平轉(zhuǎn)換芯片,方便地構(gòu)成RS232接口。RS232電平轉(zhuǎn)換電路采用MAX232A芯片。RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電

37、容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。3.6 鍵盤及顯示器接口數(shù)字鍵盤接口用于控制系統(tǒng)進(jìn)入不同工作狀態(tài),為簡化設(shè)計(jì),同時(shí)充分利用單片機(jī)提供的I2C兼容接口,該數(shù)字鍵盤及數(shù)碼顯示采用ZLG7290芯片進(jìn)行設(shè)計(jì),各功能鍵及狀態(tài)指示均在該芯片控制下。利用好ZLG7290提供的中斷信號,可提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,降低編程難度。ZLG7290B是廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示驅(qū)動及鍵盤掃描管理芯片。能夠直接驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管

38、（或64只獨(dú)立的LED），同時(shí)還可以掃描管理多達(dá)64只按鍵。其中有8只按鍵還可以作為功能鍵使用，就像電腦鍵盤上的Ctrl、Shift、Alt鍵一樣。另外ZLG7290B內(nèi)部還設(shè)置有連擊計(jì)數(shù)器，能夠使某鍵按下后不松手而連續(xù)有效。與微控制器之間采用I2C 串行總線接口，只需兩根信號線，節(jié)省I/O 資源；該芯片為工業(yè)級芯片，抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)測控中已有大量應(yīng)用。3.7 數(shù)字輸入輸出接口及計(jì)數(shù)器接口數(shù)字輸入輸出接口直接利用單片機(jī)的I/O口實(shí)現(xiàn),計(jì)數(shù)器接口接收安裝在隨鉆細(xì)鋼絲繩滑輪上的霍耳傳感器的脈沖信號，根據(jù)該信號利用滑輪的轉(zhuǎn)數(shù)來計(jì)算井深,這里直接利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)功能。3.8 CAN總線接口目前集成

39、有CAN總線接口的單片機(jī)很多,一般均集成有14個(gè)CAN控制器,但這些芯片成本太高,本系統(tǒng)采用獨(dú)立的CAN控制器SJA1000并配合PCA82C250實(shí)現(xiàn)CAN2.0接口功能,其電路原理圖見圖見附錄1。具體設(shè)計(jì)在第 四部分中詳細(xì)介紹。3.8.1 CAN總線的基本知識CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。 一個(gè)由CAN 總線構(gòu)成的

40、單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。例如，當(dāng)使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時(shí)，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN 可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。 CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的連接信號線。提出CAN總線的最初動機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之

41、間的通訊，減少不斷增加的信號線。于是，他們設(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN 已成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用）。 CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。 由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)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）

42、一致。每一層與另一設(shè)備上相同的那一層通訊。實(shí)際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層，而設(shè)備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連。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。應(yīng)用層協(xié)議可以由CAN用戶定義成適合特別工業(yè)領(lǐng)域的任何方案。CAN具有十分優(yōu)越的特點(diǎn)，使人們樂于選擇。這些特性包括：（1） 低成本 （2） 極高的總線利用率 （3） 很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達(dá)10Km)（4） 高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)1Mbit/s）（5） 可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文（6） 可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制 （7） 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)（8） 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能 （9）

43、 報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息3.8.2 CAN總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建原理CAN總線是一種串行總線式的通信網(wǎng)絡(luò)。與其他串行式網(wǎng)絡(luò)所不同的是，CAN總線采用了帶優(yōu)先級的CSMA/CD協(xié)議對總線進(jìn)行仲裁，所以，CAN總線構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)允許網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息，這樣，CAN總線既可以構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性，也能保證信息處理的實(shí)時(shí)性。此外，CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，且它的每幀信息都有CRC校驗(yàn)，這樣就能夠保證很低數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)率。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余

44、檢測、優(yōu)先級判別等工作。 系統(tǒng)的工作過程如下:系統(tǒng)上電復(fù)位后，CAN通信接口卡接收到PC機(jī)的數(shù)據(jù)后，便向總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播。CAN總線上的節(jié)點(diǎn)與被控對象相連，當(dāng)它接收到PC機(jī)的數(shù)據(jù)后，則對被控對象作相應(yīng)的操作。當(dāng)CAN總線節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)向總線發(fā)送時(shí)，便通過收發(fā)器把數(shù)據(jù)發(fā)到物理總線，或傳送到其它節(jié)點(diǎn)，或經(jīng)CAN通信板卡傳送到上位機(jī)。如圖3-7所示。3.8.3 主要器件介紹 目前市場上比較流行的CAN總線器件有兩大類:一是獨(dú)立的CAN總線通信控制器，如SJA1000;二是集成了CAN總線通信控制器的微處理器，如P87C591等。本文選取了PHILIPS公司的SJA1000CAN總線通信控制器和PCA

45、82C250總線收發(fā)器，主要是考慮到SJA1000支持CAN2.0規(guī)范，而且82C250則可支持多達(dá)110個(gè)節(jié)點(diǎn)，且這兩種器件價(jià)格適宜。 （1）SJA1000簡介 SJA 1000是Philips生產(chǎn)的一種獨(dú)立的CAN控制器，是一種總線接口芯片，實(shí)現(xiàn)從上位機(jī)PCCAN接口到現(xiàn)場微處理器之間的數(shù)據(jù)通信，用于移動目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的局域網(wǎng)絡(luò)控制(CAN)，是一種比較先進(jìn)的控制器。它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代產(chǎn)品，SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式 ，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。SJA1000在軟件和引

46、腳上都是與它的前一款PCA82C200獨(dú)立CAN控制器兼容的(SJA1000引腳功能如表41所示)，在此基礎(chǔ)上增加了很多新的功能。為了實(shí)現(xiàn)軟件兼容，SJA1000采用了兩種工作方式： BasicCAN方式（PCA82C200兼容方式）、PeliCAN方式（擴(kuò)展特性方式工作方式）。通過時(shí)鐘分頻寄存器中的CAN方式位來選擇上電復(fù)位。默認(rèn)工作方式是BasicCAN方式。BasicCAN和PeliCAN方式的區(qū)別是：在PeliCAN方式下，SJA1000有一個(gè)重新設(shè)計(jì)的含很多新功能的寄存器組。SJA1000包含PCA82C200中的所有位同時(shí)增加了一些新的功能位。PeliCAN方式支持CAN2.0B協(xié)

47、議規(guī)定的所有功能（29位的標(biāo)識符）。SJA1000 的主要新功能如下： 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)報(bào)文的接收和發(fā)送 64字節(jié)的接收FIFO 標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式都具有單/雙接收濾波器含接收屏蔽和接收碼寄存器 可進(jìn)行讀/寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器 可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制 最近一次的錯(cuò)誤代碼寄存器 每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤都可以產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷 具有丟失仲裁定位功能的丟失仲裁中斷 單發(fā)方式（當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或丟失仲裁時(shí)不重發(fā)） 只聽方式（監(jiān)聽CAN總線無應(yīng)答無錯(cuò)誤標(biāo)志） 支持熱插拔（無干擾軟件驅(qū)動位速率檢測）硬件禁止CLKOUT輸出a.SJA1000的封裝及引腳功能:(a).SJA1000控制器的外部封裝形式是DIP28，其引腳見附

48、錄1中圖38。(b).各個(gè)引腳的功能如表3-1所述。表 3-1 SJA1000 引腳功能符 號引 腳功 能AD0 AD72,1,28 23多路地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線ALE3ALE（信號INTEL）方式或AS（信號Motorola方式）/CS4片選輸入，低電平允許訪問SJA1000/RD5微控制器的讀信號（Intel 方式）或E 信號（Motorola 式）/WR6微控制器的寫信號（Intel 方式）或讀寫信號（Motorola 方式）CLKOUT7SJA1000 產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號，此信號由內(nèi)部振蕩器經(jīng)可編程分頻器得到?？删幊探乖撘_VSS18邏輯電路地XTAL19振蕩放大器輸入

49、，外部振蕩放大器信號經(jīng)此引腳輸入XTAL210振蕩放大器輸出，使用外部振蕩信號時(shí)此引腳必須開路MODE11方式選擇輸入端：1=Intel方式，0=Motorola方式VDD312輸出驅(qū)動器5V電源TX013由輸出驅(qū)動器0至物理總線的輸出端TX114由輸出驅(qū)動器1至物理總線的輸出端VSS315輸出驅(qū)動器地/INT16中斷輸出端，用于向微控制器提供中斷信號/RST17復(fù)位輸入端，用于重新啟動CAN接口（低電平有效）VDD218輸入比較器5V電源RX0， RX119，20由物理總線至SJA1000輸入比較器的輸入端。顯性電平將喚醒處于睡眠方式的SJA1000。當(dāng)RX0高于RX1時(shí)，讀出為隱性電平，否

50、則為顯性電平VSS221輸入比較器地VDD122邏輯電路5V電源b.SJA1000的特性 引腳及電氣特性和PCA82C200獨(dú)立CAN控制器兼容 PCA82C200模式即默認(rèn)的BasicCAN模式 擴(kuò)展的接收緩沖器64字節(jié)先進(jìn)先出FIFO和CAN2.OB協(xié)議兼容PCA82C200兼容模式中的無源擴(kuò)展幀 同時(shí)支持11位和29位識別碼 位速率可達(dá)1 Mbits/s PeIiCAN模式擴(kuò)展功能:一可讀/寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器一可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制一最近一次錯(cuò)誤代碼寄存器一對每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤的中斷一具體控制位控制的仲裁丟失中斷一單次發(fā)送無重發(fā)一只聽模式無確認(rèn)無活動的出錯(cuò)標(biāo)志一支持熱插拔軟件位速率檢測一

51、驗(yàn)收濾波器擴(kuò)展4字節(jié)代碼4字節(jié)屏蔽一自身信息接收自接收請求24MHz時(shí)鐘頻率 對不同微處理器的接口 可編程的CAN輸出驅(qū)動器配置 增強(qiáng)的溫度適應(yīng)(-40+ 125) c. SJA1000控制器中的各個(gè)控制塊的功能(a).接口管理邏輯(IML)接口管理邏輯負(fù)責(zé)解釋來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址，向主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息。(b).發(fā)送緩沖器(TXB) 發(fā)送緩沖器是CPU和位流處理器BSP（位流處理器）之間的接口，能夠存儲發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上的完整信息，緩沖器長13個(gè)字節(jié)，由CPU寫入、BSP讀出。(c).接收緩沖器(RXB, RXFIFO)接收緩沖器是驗(yàn)收濾波器和CPU之間的接口，

52、用來儲存從CAN總線上接收到的信息，接收緩沖器(RXB， 13個(gè)字節(jié))作為接收FIFO (RXFIFO長64字節(jié))的一個(gè)窗口可被CPU訪問，CPU在此FIFO的支持下可以在處理信息的時(shí)候接收其它信息。 (d).驗(yàn)收濾波器(ACF) 驗(yàn)收濾波器把它其中的數(shù)據(jù)和接收的識別碼的內(nèi)容相比較，以決定是否接收信息，在純粹的接收測試中所有的信息都保存在RXFIFO中。 (e).位流處理器(BSP) 位流處理器是一個(gè)在發(fā)送緩沖器、RXFIFO和CAN總線之間控制數(shù)據(jù)流的程序裝置，它還在CAN總線上執(zhí)行錯(cuò)誤檢測、仲裁、總線填充和錯(cuò)誤處理。 (f).位時(shí)序邏輯(BTL) 位時(shí)序邏輯監(jiān)視串口的CAN總線和處理與總線

53、有關(guān)的位時(shí)序，它在信息開關(guān)“弱勢一支配”的總線傳輸時(shí)同步CAN總線位流(硬同步)，接收信息時(shí)再次同步下一次傳送(軟同步)。BTL還提供了可編程的時(shí)間段來補(bǔ)償傳播延遲時(shí)間、相位轉(zhuǎn)換（如由于振蕩漂移）和定義采樣點(diǎn)及每一位的采樣次數(shù)。 (g).錯(cuò)誤管理邏輯(EML) EML負(fù)責(zé)傳送層模塊的錯(cuò)誤管制。它接收BSP的出錯(cuò)報(bào)告，通知BSP和IML進(jìn)行錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。通常情況下，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到255時(shí)，將關(guān)閉總線，并自動轉(zhuǎn)入復(fù)位狀態(tài)，并產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷。經(jīng)過128個(gè)周期的總線空閑后，重新開啟總線。當(dāng)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到96時(shí)（警告限制），將產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷。關(guān)于SJA 1000的封裝形式及引腳功能見附錄1，其具體應(yīng)用將

54、在后面的章節(jié)中作相應(yīng)的介紹。（2）PCA82C250簡介PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線間的接口，它主要是為汽車中高速通訊(高達(dá)1Mbps)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力，完全符合“IS011898”標(biāo)準(zhǔn)。硬件電路中使用PCA82C250的目的是為了增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾，實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。a.PCA82C250的特性PCA82C250的主要特性有: 完全符合“IS011898”標(biāo)準(zhǔn) 高速率(最高達(dá)1 Mbps) 具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾，保護(hù)總線能力 斜率控制，降低射頻干擾(RFI) 差分接收器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾(EMI) 熱保護(hù) 防止電池和地之間的發(fā)生短路 低電流待機(jī)模式 未上電的節(jié)點(diǎn)對總線無影響 可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)b.PCA82C250的引腳配置及其功能 PCA82C250的封裝及引腳配置如下圖所示，封裝形式為DIP8。表中列出了其各引腳的功能。(a).引腳圖見附錄1中圖39所示。表3282C250的引腳配置符號管腳 功能描述TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)輸入GND2地Vcc3電源電壓RXD4接收數(shù)據(jù)輸出Vref5參