畢業(yè)設(shè)計(jì)：基于ARM的CAN總線智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)：基于ARM的CAN總線智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 廣西科技大學(xué) 籌 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文說明書課題名稱:基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí) 081班 學(xué) 號(hào) 202100903072 姓 名 秦宗偉 指導(dǎo)教師 羅功坤 二0一二 年 五 月 二十 日摘 要在本文中詳細(xì)的介紹了CAN總線主從節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)原理、CAN總線通信原理、以及CAN總線應(yīng)用層協(xié)議的制定，并采用SD卡存儲(chǔ)技術(shù)、TFT彩屏顯示技術(shù)、觸摸屏技術(shù)等現(xiàn)實(shí)了友好的人機(jī)界面。在TFT液晶顯示方面是本設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)，設(shè)計(jì)中模擬工業(yè)控制工藝流程圖，對(duì)工藝中涉及的總線、燈設(shè)備、板卡等

2、進(jìn)行精心繪制顯示。使整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、形象、逼真。在輸入設(shè)備方面是本設(shè)計(jì)的第二大亮點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用當(dāng)前較為先進(jìn)方便的觸摸屏輸入技術(shù)，為用戶提供一個(gè)方便易捷的輸入方式，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。燈設(shè)備離線檢測(cè)功能是本設(shè)計(jì)的又一大亮點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用定時(shí)詢問方法，實(shí)現(xiàn)了從節(jié)點(diǎn)的離線檢測(cè)功能?？傊?，在本設(shè)計(jì)中，主節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)從節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備的遠(yuǎn)程設(shè)置和監(jiān)控功能、離線檢測(cè)功能、運(yùn)行通信指示功能、實(shí)時(shí)更新顯示功能等。從節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立設(shè)置、控制本節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備的功能。整體系統(tǒng)運(yùn)行可靠，通信正常，不出現(xiàn)通信擁堵、死機(jī)等現(xiàn)象。并開發(fā)出具有一定應(yīng)用意義的系統(tǒng)軟硬件，實(shí)現(xiàn)了照明燈設(shè)備的有效控制。關(guān)鍵詞： AbstractThe d

3、esign is intelligent lighting control system . Its based on CAN bus.In the design we use master and slave network node.By The main communication between the master node and multiple slave nodes to make the remote real-time monitoring of lighting equipment successful. The master node uses the ARM7 fa

4、mily NXP LPC2119 microprocessors and integrated to its internal CAN controller and PCA82C250 transceiver design hardware schematic diagram of the master node, and create the hardware circuit board of the master node.The salve node use STC89C52 microcontroller SJA1000 stand-alone CAN controller and P

5、CA82C250CAN bus transceiver design from the node hardware schematic diagram and also create two nodes breadboard.By put the master and slave node experimental circuit board to the main network to constitute a main and some slaves lighting control local area network. U sing the network to research an

6、d experimental testing of the CAN bus lighting control system.In this paper a detailed introduction master and slave node of the CAN bus ,hardware and software design principles, the principle of CAN bus communication, the formulation of the CAN bus application layer protocol, SD card storage techno

7、logy, TFT color display, touch screen technology and other practicalfriendly interface.The TFT LCD is one of the most wonderful of this design.In the design,we simulate industrial control process flow diagram of the bus involved in the process, light equipment, boards, carefully drawing display.And

8、then make the control system more clear image and vivid. Advanced and convenient touch-screen input technology are the second highlights in the design.Because it apply a convenient input to the owners.The third highlights is that Light equipment offline detection. So We use from time to time ask, fr

9、om the node offline detection.In short, in this design, the master node to multiple remote setup and monitoring functions of light equipment from the node offline detection, run communication indicator, updated in real time display.The slave node With independent settings, control the function of th

10、e lamp device of the node from the node. The overall system is reliable, normal communication, the communication congestion, crashes and so on. And develop system software and hardware with a certain significance of application to achieve effective control of the lighting equipment.Keyword: CAN bus；

11、node；Lighting control；TFT；Touch screen technology；SD card目錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 課題背景11.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)狀11.3 課題的提出及意義22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)要求32.2 總體設(shè)計(jì)方案3 設(shè)計(jì)思路3 方案論證與比擬4.1 主控制器4.2 CAN控制器選擇4.3 CAN收發(fā)器5.4 CAN通信電纜5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖53 硬件設(shè)計(jì)73.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)73.2 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)8 主節(jié)點(diǎn)單元電路設(shè)計(jì)8.1 ARM7最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.2 TFT彩屏電路設(shè)計(jì)9.3 SD卡接口電路設(shè)計(jì)10.4 CAN總線電

12、路設(shè)計(jì)10.5 蜂鳴器及ISP下載選擇電路設(shè)計(jì)12.6 鍵盤電路設(shè)計(jì)13.7 電源電路設(shè)計(jì)13.8 串口通信電路設(shè)計(jì)14 從節(jié)點(diǎn)單元電路設(shè)計(jì)14.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)14.2 液晶接口電路設(shè)計(jì)16.3 CAN總線電路設(shè)計(jì)18.4 鍵盤電路設(shè)計(jì)21.5 串口通信電路設(shè)計(jì)224 軟件設(shè)計(jì)234.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)23 主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)23 從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)234.2 系統(tǒng)程序模塊設(shè)計(jì)24 主節(jié)點(diǎn)程序模塊設(shè)計(jì)24.1 初始化模塊程序設(shè)計(jì)25.2 CAN協(xié)議模塊設(shè)計(jì)27.3 TFT液晶顯示模塊設(shè)計(jì)31.4 觸摸屏模塊程序設(shè)計(jì)34.5 SD驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)35.6 串口驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)36.7 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)3

13、7 從節(jié)點(diǎn)程序模塊設(shè)計(jì)38.1 初始化程序模塊設(shè)計(jì)39.2 CAN協(xié)議模塊設(shè)計(jì)40.3 照明信號(hào)數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)41.4 鍵盤掃描及處理模塊設(shè)計(jì)42.5 照明燈定時(shí)控制模塊設(shè)計(jì)43.6 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)445 系統(tǒng)測(cè)試465.1 測(cè)試準(zhǔn)備46 測(cè)試條件46 硬件環(huán)境46 軟件環(huán)境465.2 測(cè)試系統(tǒng)46 測(cè)試工程46 測(cè)試步驟47 測(cè)試結(jié)果486 結(jié)束語(yǔ)52致謝53參考文獻(xiàn)54附錄1 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)原理圖55附錄2 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)PCB板圖56附錄3 基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)程序清單581 緒論現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散

14、、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)，它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的根底，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備之間及其更高控制管理層之間的聯(lián)系。由于現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的開展趨勢(shì)，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)。它的出現(xiàn)，導(dǎo)致了目前生產(chǎn)的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的深刻變革。照明是利用各種光源，照亮工作和生活場(chǎng)所或個(gè)別物體的措施，利用太陽(yáng)能和天空光的稱“天然采光，利用人工光源的稱“人工照明。照明控制是對(duì)照明使用的質(zhì)和量的駕馭，對(duì)包括人工光源和自然光源在內(nèi)的各種光源的使用狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)更舒適、更優(yōu)美、更節(jié)能的照明環(huán)境的具體手段。隨著科技的開展和人們物質(zhì)

15、、精神生活水平的提高，照明不僅僅是滿足人們視覺上明亮的要求，還要滿足藝術(shù)性的要求，要?jiǎng)?chuàng)造出豐富多彩的意境，給人們以享受。自1973年世界上發(fā)生了第一次能源危機(jī)以來，國(guó)際上對(duì)照明節(jié)能的逐漸重視起來，并提出了“綠色照明理念，在開展綠色照明工程的過程中照明控制起了非常重要的作用，這也在很大程度上促進(jìn)了照明控制技術(shù)的開展。因此，本課題就是利用高性價(jià)比、平安可靠運(yùn)用廣泛的CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)與照明設(shè)備構(gòu)成CAN網(wǎng)絡(luò)智能照明控制系統(tǒng)。因涉及到相關(guān)總線技術(shù)，所以先介紹一下其內(nèi)容。1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)狀 1 系統(tǒng)開放性好 2 具有互可操作性與互用性 3 使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有智能化和功能自治性 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的

16、高度分散性 5 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)性 6 系統(tǒng)本錢低、性能高 在20世紀(jì)80年代中期，德、法等歐洲國(guó)家的一些大公司相繼推出了自己的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，同時(shí)制定了自己相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。自20世紀(jì)90年代后，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到了迅猛的開展，出現(xiàn)了群雄并起、百家爭(zhēng)鳴的局面，全世界開展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線已達(dá)數(shù)十種。但通過實(shí)際應(yīng)用后，這些現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)也日漸明顯。這幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已逐漸具有影響力，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢(shì)。 CAN局域控制網(wǎng)是目前運(yùn)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，它是一種多主總線，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)點(diǎn)之間有優(yōu)先級(jí)之分，因而通信方

17、式靈活；CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)成組及全局播送等幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)；CAN采用非破壞性位仲裁技術(shù)，優(yōu)先級(jí)發(fā)送，可以大大節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間，在重負(fù)荷下表現(xiàn)出良好的性能。最早運(yùn)用于汽車工業(yè)，隨著CAN總線技術(shù)的不斷開展，其運(yùn)用領(lǐng)域也得到不斷的擴(kuò)展，如今，在機(jī)器人、數(shù)控技術(shù)、自動(dòng)化儀表、航空工業(yè)等領(lǐng)域，都能看見CAN的影子。1.3 課題的提出及意義自1973年世界上發(fā)生了第一次能源危機(jī)以來，國(guó)際上對(duì)照明節(jié)能的逐漸重視起來，并提出了“綠色照明理念，在開展綠色照明工程的過程中照明控制起了非常重要的作用，這也在很大程度上促進(jìn)了照明控制技術(shù)的開展。傳統(tǒng)的照明控制技術(shù)在照明的控制方式上以手動(dòng)為主，僅

18、能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開關(guān)控制與調(diào)光控制。利用設(shè)置在燈具回路的電氣參數(shù)電壓、電流、頻率等，實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制。這種傳統(tǒng)的的照明控制方式，功能簡(jiǎn)單，布線復(fù)雜遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會(huì)開展的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等的開展，利用現(xiàn)場(chǎng)總線智能節(jié)點(diǎn)將照明設(shè)備構(gòu)成局域控制網(wǎng)絡(luò)，形成網(wǎng)絡(luò)化控制必將成為智能照明控制的開展趨勢(shì)。正因?yàn)檫@樣研究現(xiàn)場(chǎng)總線與照明控制相結(jié)合的技術(shù)，必將是未來開展的需要，因此，有必要研究照明控制在現(xiàn)場(chǎng)總線上的應(yīng)用。然而，CAN總線又是現(xiàn)場(chǎng)總線的杰出代表之一，因此研究CAN總線對(duì)照明的控制有其重大的意義。這不僅促進(jìn)了智能照明控制技術(shù)的開展，也拓寬了現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域。還能實(shí)現(xiàn)

19、“綠色照明，節(jié)約能源?？紤]到照明控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成智能網(wǎng)絡(luò)照明控制系統(tǒng)是未來的開展趨勢(shì)，因此我們有必要研究基于現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)絡(luò)的智能照明控制技術(shù)，本課題正是基于此而提出的基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本課題主要任務(wù)是研究CAN總線在智能照明設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且開發(fā)出三個(gè)智能CAN總線節(jié)點(diǎn)，并利用這三個(gè)節(jié)點(diǎn)，搭建CAN總線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離多節(jié)點(diǎn)的照明控制方案，設(shè)計(jì)中采用一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)，通過主控節(jié)點(diǎn)，控制兩從節(jié)點(diǎn)上的兩盞照明燈，照明燈通過AC220V供電，并制作了繼電器控制模塊，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電弱電的隔離。并通過長(zhǎng)距離20米左右、多節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制測(cè)試，幾乎滿足實(shí)際

20、照明控制系統(tǒng)的所有要求，具有重大的實(shí)際應(yīng)用意義。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 此題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用主從節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，通過主節(jié)點(diǎn)對(duì)各個(gè)從節(jié)點(diǎn)的照明燈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，并模擬應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行試驗(yàn)研究。主節(jié)點(diǎn)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)從節(jié)點(diǎn)照明燈開關(guān)時(shí)間、狀態(tài)等的功能。在主節(jié)點(diǎn)上，主節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)設(shè)置所有從節(jié)點(diǎn)開關(guān)燈時(shí)間及狀態(tài)，從節(jié)點(diǎn)也可以隨時(shí)設(shè)置本節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備的開關(guān)情況。并且，無論是在哪里改變了照明燈設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)或剩余時(shí)間，都能實(shí)時(shí)的更新主從節(jié)點(diǎn)上的顯示。此外，本系統(tǒng)還具有離線檢測(cè)，通訊指示，運(yùn)行指示等功能。當(dāng)某從節(jié)點(diǎn)設(shè)備人為的從總線上卸下或

21、由于總線局部斷開而造成的節(jié)點(diǎn)離線，都能在主節(jié)點(diǎn)監(jiān)控界面上實(shí)時(shí)顯示。另外，系統(tǒng)具有通信故障指示，當(dāng)與主節(jié)點(diǎn)相連的總線斷開時(shí)，主節(jié)點(diǎn)將作出相應(yīng)的通信異常指示。2.2 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于CAN總線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)中采用主從式總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的信息交流。并且采用CAN總線的雙驗(yàn)收濾波技術(shù)，以保證同時(shí)支持CAN總線的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和播送通信方式，為節(jié)點(diǎn)間的正確通信打下良好根底。系統(tǒng)工作流程如下：首先，在主節(jié)點(diǎn)利用觸摸屏輸入各從節(jié)點(diǎn)燈控制信息，點(diǎn)擊確定后，先依次將各個(gè)從節(jié)點(diǎn)的設(shè)置信息，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式發(fā)送給各個(gè)從節(jié)點(diǎn)，緊接著用播送方式將一個(gè)啟動(dòng)燈信號(hào)發(fā)送給所有的從節(jié)點(diǎn)，以保證

22、同時(shí)啟動(dòng)所有從節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)設(shè)備接收到燈設(shè)置信息和確定信號(hào)后，從節(jié)點(diǎn)將接收到的信息進(jìn)行解包翻譯，并產(chǎn)生照明燈開關(guān)控制信號(hào)和定時(shí)器控制信號(hào)以控制燈設(shè)備。在正常運(yùn)行模式 非設(shè)置模式 下，主節(jié)點(diǎn)通過不斷向各個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀，從節(jié)點(diǎn)只有接收到目標(biāo)地址為自己節(jié)點(diǎn)號(hào)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀，才會(huì)將本節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)和剩余時(shí)間發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新顯示，從而實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)將自身的燈控制信息更改后，由于主節(jié)點(diǎn)不斷的向從節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，故，各從節(jié)點(diǎn)的燈信息也能在主節(jié)點(diǎn)上動(dòng)態(tài)更新。對(duì)于離線檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)，主節(jié)點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，檢查各個(gè)從節(jié)點(diǎn)是否發(fā)送過數(shù)據(jù)給主節(jié)點(diǎn)，如果沒有發(fā)送過數(shù)據(jù)，那么認(rèn)

23、為該從節(jié)點(diǎn)已經(jīng)斷開了總線的連接即節(jié)點(diǎn)離線。否那么，從節(jié)點(diǎn)在線。在運(yùn)行指示功能中，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)主程序停止運(yùn)行那么指示運(yùn)行不正常。具體實(shí)現(xiàn)如下，首先定義一個(gè)全局變量WorkCount，在主節(jié)點(diǎn)主程序的while工作循環(huán)中自加，當(dāng)while循環(huán)執(zhí)行一次，那么該變量增加1，當(dāng)該變量能到達(dá)某設(shè)定閾值那么取反運(yùn)行指示燈狀態(tài)并清零WorkCount后重新自加計(jì)數(shù)，這樣當(dāng)主程序還在運(yùn)行，那么運(yùn)行指示燈就一直在閃爍。 方案論證與比擬考慮到實(shí)際因素的制約，所以不可能考慮高本錢以及在實(shí)驗(yàn)室難以制作的設(shè)備，由于照明設(shè)備所處的環(huán)境差異較大，有些環(huán)境較為惡劣，在降低本錢的同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，所以在選擇器件時(shí)就應(yīng)優(yōu)先

24、考慮上述因素。.1 主控制器對(duì)于從節(jié)點(diǎn)單片機(jī)的選擇，我們采用比擬常用的STC89系列單片機(jī)，如STC89C52。選用該型單片機(jī)的原因：1從節(jié)點(diǎn)的功能比擬單一，程序量不大，采用該型單片機(jī)無須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。2起數(shù)據(jù)采集和輸出控制作用的智能從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都會(huì)及時(shí)發(fā)送出去，需要的本地存儲(chǔ)器容量也不大，采用該型單片機(jī)無須擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；3選用該類型單片機(jī)，可以采用由德國(guó)的Keil公司生產(chǎn)的，在代碼生成方面處于世界領(lǐng)先地位Keil軟件開發(fā)工具，該開發(fā)工具比擬容易獲得，具有友好的界面，我們也比擬熟悉。它內(nèi)部具有兼容于MCS-51的頭文件，編程方便，開發(fā)周期短，開發(fā)效率高。故，我們選用STC89C52單片機(jī)作

25、為從節(jié)點(diǎn)主控制器。4STC89系列單片機(jī)具有較豐富的中斷和計(jì)數(shù)器資源；指令與MCS51兼容，在軟件編寫上比擬方便。比擬后選擇STC89C52單片機(jī)作為智能從節(jié)點(diǎn)主控制器芯片。對(duì)于主節(jié)點(diǎn)，由于要保存和處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備的數(shù)據(jù)，需要較大的RAM容量，而為了建立友好的人機(jī)界面，還需要彩屏、觸摸屏、SD卡、串口、蜂鳴器、CAN接口電路等外設(shè)，程序較為龐大，需要的ROM較大，另外，主節(jié)點(diǎn)需要處理大量的數(shù)據(jù)，需要較快的運(yùn)算速度，數(shù)據(jù)處理中常常要用到乘法運(yùn)算，為了提高數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，需要硬件乘法器的支持。然而通常的STC89C52單片機(jī)運(yùn)算速度較慢，RAM和ROM都較小，內(nèi)部無集成硬件乘法器和CAN控制器等。

26、因此，不選用STC89C52單片機(jī)作為主節(jié)點(diǎn)的主控制器。由于LPC2119ARM系列微處理器運(yùn)行速度較快，內(nèi)部有16KRAM和128K的Flash存儲(chǔ)器能滿足主節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)器要求，并且LPC2119內(nèi)部集成有硬件乘法器和CAN控制器，選用該處理器作為主節(jié)點(diǎn)的住控制器，可以提高可靠性并降低制作本錢，此外，LPC2119處理器功耗較低，就可以了，耗電較少。故，主節(jié)點(diǎn)采用NXP公司生產(chǎn)的LPC2119微處理器作為主控制器。.2 CAN控制器選擇選擇哪種CAN控制器將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的本錢產(chǎn)生較大的影響。目前市場(chǎng)上CAN控制器分為單片機(jī)或DSP內(nèi)嵌式和獨(dú)立式二大類。 1 主節(jié)點(diǎn)CAN控制器選擇由于主節(jié)點(diǎn)選用L

27、PC2119處理器，其內(nèi)部集成有CAN控制器，故主節(jié)點(diǎn)無需再選有獨(dú)立CAN控制器。 2 從節(jié)點(diǎn)CAN控制器選擇考慮到從節(jié)點(diǎn)控制任務(wù)簡(jiǎn)單，為降低本錢選用常用的STC89C52作為主控制器，其內(nèi)部無集成的CAN控制器，應(yīng)選用獨(dú)立的CAN控制器芯片。在這里我們采用Philips公司的獨(dú)立式CAN控制器SJA1000，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上最熱門，它與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，訪問SJA1000就像訪問單片機(jī)的外部RAM一樣，操作簡(jiǎn)單，方便。而且SJA1000還是一款支持CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器芯片，并且其價(jià)格也不高，其可采用直列式封裝，制作簡(jiǎn)單。因此，我們選擇SJA1000作為從節(jié)點(diǎn)的CAN控制器。.3

28、CAN收發(fā)器對(duì)于CAN收發(fā)器，只有PCA82C250最為適合了，盡管有TJA1050，PCA82C252,CF15,Si9200但是PCA82C250在市場(chǎng)應(yīng)用多，相關(guān)的設(shè)計(jì)較多，因此選擇PCA82C250作為CAN收發(fā)器。.4 CAN通信電纜為了提高CAN總線通信可靠性和抗干擾能力，我們采用雙絞線作為CAN總線通信電纜，雙絞線通過雙絞，減少自身對(duì)外界的電磁波輻射，同時(shí)也提高了外部電磁波輻射的抗干擾能力，另外，當(dāng)平行對(duì)線傳輸高頻信號(hào)時(shí)由于兩線之間存在的電容作用，引起信號(hào)相位相對(duì)滯后，當(dāng)平行線對(duì)雙絞時(shí)，就會(huì)在線對(duì)形成電容的同時(shí)形成一個(gè)串聯(lián)的電感，以抵消電容的影響，從而提高通信可靠性。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

29、圖本系統(tǒng)主要采用主從式總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布線容易、本錢低、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中由CAN主節(jié)點(diǎn)、多個(gè)CAN從節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和燈設(shè)備等構(gòu)成。在主節(jié)點(diǎn)上可以設(shè)置或監(jiān)視所有從節(jié)點(diǎn)的燈設(shè)備的開關(guān)燈狀態(tài)及剩余時(shí)間。從節(jié)點(diǎn)也可以自行設(shè)置本節(jié)點(diǎn)燈的狀態(tài)情況。網(wǎng)絡(luò)中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式以及播送發(fā)送方式，以確保幀信息的正確到達(dá)。具體系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.1所示：圖2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖智能通信節(jié)點(diǎn)主要由單片機(jī)處理器、CAN總線控制器和相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備三局部組成。首先主節(jié)點(diǎn)將帶有照明控制信號(hào)的控制信息通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到特定的從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)接收到控制信息后，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚?，?/p>

30、主節(jié)點(diǎn)控制要求產(chǎn)生特定的照明控制信號(hào)，以控制相應(yīng)的照明設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的定時(shí)開、關(guān)控制。以此同時(shí)，從節(jié)點(diǎn)不斷的對(duì)相應(yīng)照明燈的開關(guān)狀態(tài)、當(dāng)前剩余時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)顯示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各照明設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，照明燈的控制信號(hào)可以在照明設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的從節(jié)點(diǎn)上設(shè)置，也可以在控制室里的主節(jié)點(diǎn)上設(shè)置。無論是在哪里改變了照明設(shè)備的控制信號(hào)，都能實(shí)時(shí)的刷新主、從節(jié)點(diǎn)上的顯示狀態(tài)。從而使系統(tǒng)控制靈活、方便。3 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括主節(jié)點(diǎn)硬件電路結(jié)構(gòu)和從節(jié)點(diǎn)硬件電路結(jié)構(gòu)以及繼電器模塊等。主節(jié)點(diǎn)由LPC2119ARM7處理器、TFT彩色觸摸屏、串口、SD卡、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路

31、、蜂鳴器、JTAG接口、獨(dú)立式鍵盤、電源電路等模塊組成。主節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。圖3.1 主節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)從節(jié)點(diǎn)由STC89C52單片機(jī)、LCM1602液晶模塊、串口、獨(dú)立式鍵盤、SJA1000CAN控制器電路、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路、繼電器控制電路等模塊組成。從節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。圖3.2 從節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)3.2 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì) 主節(jié)點(diǎn)單元電路設(shè)計(jì).1 ARM7最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)LPC2119最小系統(tǒng)電路主要由LPC2119ARM7處理器、時(shí)鐘振蕩電路、復(fù)位電路組成。時(shí)鐘振蕩電路采用內(nèi)給定方式，外接11.0592MHZ晶振與兩個(gè)22pF的起振電容，外接晶振與處理器內(nèi)部的反相器構(gòu)成振蕩電

32、路產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘，經(jīng)PLL鎖相環(huán)鎖相倍頻或旁路PLL后為CPU提供工作時(shí)鐘。復(fù)位電路采用阻容式復(fù)位電路，由于LPC2119微處理器的有效復(fù)位信號(hào)為低電平，故電容與地連接，電容另一端與復(fù)位端口相連，以保證復(fù)位端口為高電平，以處在正常工作模式。LPC2119最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3 LPC2119最小系統(tǒng)電路原理圖.2 TFT彩屏電路設(shè)計(jì)圖3.4 TFT液晶模塊電路原理圖TFT液晶模塊接口電路原理圖是處理器與TFT液晶模塊接口之間的局部電路。其主要由34Pin雙列直插插座和少量電阻電容組成，用于為TFT液晶模塊提供一個(gè)插接接口，以使TFT液晶模塊與處理器相連。TFT液晶模塊接口電路

33、原理圖如圖3.5所示。圖3.5 TFT液晶模塊接口電路原理圖.3 SD卡接口電路設(shè)計(jì)SD卡Secure Digital Memory Card中文翻譯為平安數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理 PDA 和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國(guó)SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的平安性。SD卡具有兩種操作模式，分別為SD模式和SPI模式。在這里由于LPC2119處理器沒有SD卡接口且SD模式較為復(fù)雜，故

34、采用SPI接口模式操作SD卡。當(dāng)SD卡剛剛連接時(shí)，默認(rèn)工作方式是SD模式，可以先通過SD指令切換至SPI模式。然后再利用SPI總線的操作方法讀寫SD卡。SD卡的管腳CDCS、CMD MOSI 、DATA0 MISO 、CLKSCLK分別于處理器LPC2119的P0.4、P1.17、P1.19、P1.17相連。利用IO口模擬SPI總線操作，讀寫SD卡數(shù)據(jù)。SD卡接口電路原理圖如圖3.6所示。圖3.6 SD卡接口電路原理圖.4 CAN總線電路設(shè)計(jì)CAN總線電路主要包括CAN控制器局部和CAN總線驅(qū)動(dòng)局部。其中CAN控制器局部主要集成在LPC2119ARM處理器內(nèi)部，在這里不做它的硬件介紹。在這里主

35、要詳細(xì)介紹CAN總線驅(qū)動(dòng)電路。在本設(shè)計(jì)中采用由NXP公司生產(chǎn)的應(yīng)用最為廣泛的CAN總線收發(fā)器PCA82C250，它主要應(yīng)用于汽車中高速領(lǐng)域，支持ISO-11898標(biāo)準(zhǔn)。PCA82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，它提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送與接收能力，增大通信距離，提高系統(tǒng)瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾等。其內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源、地或負(fù)載短路。雖然短路出現(xiàn)時(shí)的功耗增加，但不至使輸出級(jí)損壞。假設(shè)結(jié)溫超過大約160，那么兩個(gè)發(fā)送器輸出端極限電流將減少，由于發(fā)送器是功耗的主要局部，因而限制了芯片的溫升。器件的所有其他局部將繼續(xù)工作。PCA82C250采用雙線差分驅(qū)動(dòng)，有

36、助于抑制在惡劣電氣環(huán)境下的瞬變干擾。PCA82C250具有以下特性：符合ISO-11898標(biāo)準(zhǔn)。高速率最高可達(dá)1Mbps；保護(hù)總線能力，具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾；采用斜率控制Slope Control，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 ；過熱保護(hù)；總線與電源及地之間的短路保護(hù)；低電流待機(jī)模式。未上電節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無影響；總線至少可以連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。PCA82C250管腳圖如圖3.7所示，管腳功能描述如表3.1所示。表3.1 PCA82C250管腳符號(hào)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Vref5參考電壓輸出CANH

37、6低電平CAN電壓輸入/輸出CANL7高電平CAN電壓輸入/輸出Rs8斜率電阻輸入 圖3.7 PCA82C250管腳圖圖3.8 CAN總線驅(qū)動(dòng)電路.5 蜂鳴器及ISP下載選擇電路設(shè)計(jì)蜂鳴器電路由S8550三極管、蜂鳴器、電阻組成。三極管主要是用作電子開關(guān)，用于控制蜂鳴器是否有電流流過。S8550三極管PNP基極通過一個(gè)2K的限流電阻連接到LPC2119處理器的P0.2口。當(dāng)處理器P0.2輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電流從蜂鳴器1管腳流過蜂鳴器，再?gòu)娜龢O管發(fā)射極流到集電極地，因此蜂鳴器蜂鳴。當(dāng)處理器P0.2口輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器無電流流過，停止蜂鳴。蜂鳴驅(qū)動(dòng)電路如圖3.9所示。另外，L

38、PC2119有三種編程方式：使用JATG仿真/調(diào)試器，通過JATG接口下載程序。使用系統(tǒng)編程技術(shù) 即ISP ,通過UART0接口下載程序。使用在應(yīng)用編程技術(shù) 即IAP ，使用這種方式，可以實(shí)現(xiàn)用戶程序運(yùn)行時(shí)對(duì)Flash進(jìn)行擦除或編程。在本設(shè)計(jì)中采用系統(tǒng)編程技術(shù) 即ISP 。在系統(tǒng)剛上電時(shí)，系統(tǒng)會(huì)首先檢查處理器P0.14管腳是否為低電平，假設(shè)是那么進(jìn)入ISP編程模式，開始下載程序。假設(shè)不是那么程序開始從0000H地址開始執(zhí)行。因此設(shè)計(jì)一個(gè)跳線帽JP1供用戶下載程序使用。ISP下載模式選擇電路如圖3.10所示。圖3.9 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 圖3.10 ISP下載模式選擇電路.6 鍵盤電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中

39、采用獨(dú)立鍵盤，獨(dú)立式鍵盤無論是在硬件還是軟件的設(shè)計(jì)上都是相對(duì)簡(jiǎn)單的。由于本設(shè)計(jì)要求的按鍵數(shù)量不多，采用獨(dú)立式鍵盤較為合理。該鍵盤電路較為簡(jiǎn)單，主要由按鍵和上拉電阻組成。在按鍵尚未按下的情況下，處理器檢測(cè)到其輸入的是高電平，當(dāng)按鍵按下后，輸入為低電平，處理器就是通過檢測(cè)其輸入的是高電平還是低電平來判斷按鍵是否按下的。當(dāng)然，在程序中還要進(jìn)行消抖、識(shí)鍵、譯鍵等操作。鍵盤電路原理圖如圖3.11所示。圖3.11 鍵盤電路原理圖.7 電源電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中由于需要使用到+5V、+3.3V、+1.8V電源，故在此設(shè)計(jì)中包括三個(gè)電源模塊，另外再增加一個(gè)電源指示局部。首先，將外部電源適配器輸出的直流9V電壓經(jīng)過

40、開關(guān)S1和二極管D1輸入系統(tǒng)，通過穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓成+5V直流電。再將+5V直流源分別輸入到穩(wěn)壓器AMS1117-3.3和AMS1117-1.8分別穩(wěn)壓輸出+3.3V和+1.8V電源為處理器等供電。其中，二極管D1用于防止電源反接損壞系統(tǒng)，發(fā)光二極管D2用于供電指示。系統(tǒng)電源電路原理圖如圖3.12所示。圖3.12 電源電路原理圖.8 串口通信電路設(shè)計(jì)串口通信電路主要采用由SIPEX公司生產(chǎn)的SP3232EEA芯片和少量的電容構(gòu)成，主要是用于程序的燒寫以及在開發(fā)程序中用于程序的調(diào)試。SP3232EEA用于實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平的轉(zhuǎn)換，只要在它的外部接上幾個(gè)簡(jiǎn)單的電容就夠成了通信電路

41、。串口通信電路原理圖如圖3.13所示。圖3.13 串口通信電路原理圖 從節(jié)點(diǎn)單元電路設(shè)計(jì).1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)從節(jié)點(diǎn)主控制器采用的是STC89C52 單片機(jī)，它含有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)置8K 的電可擦除FLASH ROM，可重復(fù)編程，大小能滿足CAN總線照明控制系統(tǒng)智能從節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)要求。其最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3.14所示。該單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩電路、外部接口等。下面將詳細(xì)講解上述各個(gè)局部。圖3 .14 STC89C52最小系統(tǒng)電路原理圖復(fù)位電路：在本設(shè)計(jì)中采用硬件比擬簡(jiǎn)單的容阻式復(fù)位電路。該電路具有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位功能。其電路結(jié)構(gòu)如圖3.14所示，在單片機(jī)上電

42、之前，電容C2上下兩端的電位都為0V,故電容電壓Uc2 0V;在上電后，電容C2上端電位為+5V,由于電容上的電壓不能突變，故仍為Uc2 0V；所以，電容C2下端電位為+5V，此時(shí)，復(fù)位端RST為高電平，單片機(jī)開始復(fù)位。由于復(fù)位端與GND之間跨接了1個(gè)10K電阻，故有電流流過R4，最后RST管腳變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)恢復(fù)正常工作模式。按鍵復(fù)位時(shí)，當(dāng)S1閉合后，電容C2旁路掉，復(fù)位端RST為高電平，單片機(jī)復(fù)位，按鍵S1松開后，RST為低電平，單片機(jī)又回到了正常工作模式。時(shí)鐘振蕩電路：STC89C52單片機(jī)時(shí)鐘電路有兩種方式。由單片機(jī)外部的獨(dú)立振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)，通過單片機(jī)XTAL1管腳輸入，再經(jīng)

43、12分頻后，給單片機(jī)提供工作時(shí)鐘信號(hào)。通過外接晶振和2個(gè)30pF的起振電容，與單片機(jī)內(nèi)部的反相器構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生振蕩信號(hào)，經(jīng)12分頻后，為單片機(jī)提供工作時(shí)鐘信號(hào)。在這里采用了方式2，獲得時(shí)鐘振蕩信號(hào)。外部接口：CAN控制器SJA1000的數(shù)據(jù)口和液晶LCD1602A的數(shù)據(jù)線復(fù)用，同時(shí)與單片機(jī)的P0口相連，SJA1000 CAN控制器的片選端CS、復(fù)位端RST、地址鎖存端ALE、中斷信號(hào)輸出端/INT分別與單片機(jī)的P2.7、P2.3、ALE、/INT1相連。.2 液晶接口電路設(shè)計(jì)液晶顯示電路主要采用，基于ST7920控制器的液晶模塊SMC1602A及相應(yīng)的簡(jiǎn)單電子器件構(gòu)成。SMC1602A液晶

44、模塊外形尺寸如圖3.15所示；SMC1602A液晶接口電路原理圖如圖3.16所示。其中，液晶SMC1602A具有16條口線，具有可選擇的4位、8位位流處理能力，采用4或8位并行數(shù)據(jù)傳送，傳送速度快。SMC1602A液晶模塊引腳功能描述如表3.2所示。表3.2 SMC1602A液晶模塊引腳功能描述編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端 H/L 12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇端 H/L 13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D

45、0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)極圖3.15 SMC1602A液晶外形尺寸圖3.16 液晶顯示電路圖3.17 SMC1602A液晶讀操作時(shí)序圖圖3.18 SMC1602A液晶寫操作時(shí)序圖.3 CAN總線電路設(shè)計(jì)本文中所設(shè)計(jì)的CAN總線智能通信從節(jié)點(diǎn)，采用STC89C52作為節(jié)點(diǎn)的微處理器。在CAN總線通信接口中，采用NXP公司的SJA1000用于實(shí)現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議，將單片機(jī)中的上層數(shù)據(jù)按照CAN總線幀格式打包并發(fā)送出去，同時(shí)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包緩存供單片機(jī)讀取。此外，SJA1000還具有數(shù)據(jù)校驗(yàn)、驗(yàn)收濾波、總線監(jiān)聽等功能?？傊甋JA1000是

46、CAN總線通信得以進(jìn)行的核心部件，是CAN總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)者。 為了能夠更好的理解CAN總線控制器接口電路，我們首先來介紹一下SJA1000這個(gè)獨(dú)立的CAN通信控制器。SJA1000是NXP公司的PCA82C200CAN控制器的替代產(chǎn)品。SJA1000具有Intel模式和Motorola模式是專為支持多種微處理器的時(shí)序特性而設(shè)計(jì)的，另外還具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式 , PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議。SJA1000的引腳圖如圖3.19所示,管腳功能說明如表3-3所示。圖3.19 SJA1000引腳圖SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款

47、PCA82C200獨(dú)立CAN控制器兼容的，并且在此根底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兼容方式和PeliCAN方式擴(kuò)展特性方式 。工作方式通過時(shí)鐘分頻存放器中的CAN方式位來進(jìn)行選擇。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存放器可進(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)誤代碼存放器每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤都可以產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷具有喪失仲裁定位功能的喪失仲裁中斷單發(fā)方式當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或喪失仲裁時(shí)不重發(fā)只聽

48、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(dòng)位速率檢測(cè)硬件禁止CLKOUT輸出表3.3 SJA1000引腳功能SJA1000引腳功能符號(hào)引腳功能AD0 -AD72,1,28 23地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線ALE3地址鎖存信號(hào)Intel方式或 使能信號(hào)Motorola 方式/CS4片選信號(hào)輸入端，低電平允許訪問SJA1000/RD5微控制器的讀信號(hào)Intel 方式或E 信號(hào)Motorola 式/WR6微控制器的寫信號(hào)Intel 方式或讀寫信號(hào)Motorola 方式CLKOUT7時(shí)鐘信號(hào)輸出口，由SJA1000內(nèi)部振蕩器經(jīng)可編程分頻器得到的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)CLKOUT端口輸出供外部電路使用。可編程

49、禁止輸出。VSS18邏輯電路地XTAL19振蕩放大器輸入，外部振蕩放大器信號(hào)經(jīng)此引腳輸入XTAL210振蕩放大器輸出，使用外部振蕩信號(hào)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(dòng)器5V 電源TX013由輸出驅(qū)動(dòng)器0 至物理總線的輸出端TX114由輸出驅(qū)動(dòng)器1 至物理總線的輸出端VSS315輸出驅(qū)動(dòng)器地/INT16中斷輸出端，用于向微控制器提供中斷信號(hào)/RST17復(fù)位輸入端，用于重新啟動(dòng)CAN 接口 低電平有效 VDD218輸入比擬器5V 電源SJA1000引腳功能符號(hào)引腳功能RX0 RX119 20由物理總線至SJA1000輸

50、入比擬器的輸入端。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，否那么為顯性電平VSS221輸入比擬器地VDD122邏輯電路5V 電源SJA1000 CAN總線通信控制器接口電路如圖3.20所示，SJA1000的數(shù)據(jù)線AD0AD7與STC89C52單片機(jī)的數(shù)據(jù)線P0口相連。片選線CS與STC89C52的最高位地址線P2.7相連，當(dāng)CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器地址操作時(shí)可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對(duì)SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。SJA1000的RD、WR、ALE分別與單片機(jī)STC89C52的對(duì)應(yīng)引腳相連，INT與STC89C52的外部中斷1相連。通過

51、SJA1000的中斷信號(hào)，觸發(fā)STC89C52單片機(jī)去處理相應(yīng)的事務(wù) 如：提取SJA1000接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù) 。SJA1000的發(fā)送、接收總線上拉了兩個(gè)LED通信指示燈，用于指示CAN總線通信是否成功，方便、直觀地發(fā)現(xiàn)通信故障，利于故障檢測(cè)與維修。圖3.20 SJA1000接口電路原理圖PCA82C250是一款由NXP公司生產(chǎn)的CAN總線收發(fā)器。它是CAN控制器和物理總線間的接口，它可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力，增大通信距離，提高系統(tǒng)瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾等。其內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源、地或負(fù)載短路。另外，如圖3.21所示在PCA

52、82C250與CAN總線的接口局部也采用了一定的平安和抗干擾措施。PCA82C250的CANH和CAHL引腳各自通過1個(gè)5的電阻與CAN總線相連。電阻可起到一定的限流作用，保護(hù)PCA82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了2個(gè)30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。PCA82C250的Rs腳上接有一個(gè)斜率電阻，電阻大小可根據(jù)總線通信速度適當(dāng)高調(diào)整，一般在16140k之間。PCA82C250 CAN收發(fā)器電路原理圖如圖3.21所示。圖3.21 CAN總線驅(qū)動(dòng)電路原理圖.4 鍵盤電路設(shè)計(jì).5 串口通信電路設(shè)計(jì)圖3.23 串口通信電路4 軟件設(shè)計(jì)系

53、統(tǒng)軟件采用廣泛流行的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C語(yǔ)言編寫，它具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高、程序執(zhí)行效率高，容易閱讀、具有很好的移植性，具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性和便于模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，按照系統(tǒng)的功能作用進(jìn)行模塊劃分，再依次對(duì)各功能模塊進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。這樣使系統(tǒng)在添加新功能時(shí)變得非常容易，在建立復(fù)雜應(yīng)用和提高代碼的可讀性、可重復(fù)利用性方面也是非常有益的。特別是在對(duì)后續(xù)的產(chǎn)品更新、程序維護(hù)、升級(jí)等有極其重要的意義。本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)主要包括主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)和從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)兩局部。 主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)主節(jié)點(diǎn)是整個(gè)CAN總線智能照明控制系統(tǒng)的核心單元，它管理了多達(dá)110個(gè)從節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備，

54、它要求具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算處理能力和友好的人機(jī)界面。因此，主節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞以及其程序模塊的劃分是否得當(dāng)，將會(huì)直接地影響著整個(gè)照明控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。因此，合理規(guī)劃主節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)和模塊劃分是非常有意義的。在本設(shè)計(jì)中，經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)規(guī)劃，將主節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)軟件劃分為七大模塊，它們分別為：系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、TFT液晶顯示模塊、SD卡驅(qū)動(dòng)模塊、UART驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏鍵盤掃描模塊以及蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊。主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)如圖4.1所示：圖4.1 主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu) 從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)從節(jié)點(diǎn)是單個(gè)照明設(shè)備單元的控制中心，照明燈設(shè)備執(zhí)行器的開關(guān)動(dòng)作以及照明設(shè)備開關(guān)燈的時(shí)間長(zhǎng)短完全取決于從節(jié)點(diǎn)的控制

55、。因此，照明設(shè)備是否正常工作直接取決于從節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。合理劃分從節(jié)點(diǎn)的程序模塊，能夠有效提高軟件的健壯性。經(jīng)過仔細(xì)思考后將從節(jié)點(diǎn)軟件劃分為六大模塊，它們分別為：系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、照明控制信號(hào)數(shù)據(jù)處理模塊、鍵盤掃描及處理模塊、照明燈定時(shí)控制模塊以及LCD液晶顯示模塊。從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)如圖4.2所示：圖4.2 從節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)4.2 系統(tǒng)程序模塊設(shè)計(jì) 主節(jié)點(diǎn)程序模塊設(shè)計(jì)由圖4.1可知，主節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)程序主要由七大模塊構(gòu)成，它們分別是：系統(tǒng)初始化模塊、CAN協(xié)議模塊、TFT液晶顯示模塊、SD卡驅(qū)動(dòng)模塊、UART驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏鍵盤掃描模塊以及蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊。然而，節(jié)點(diǎn)主程序是這些程序模塊的調(diào)

56、用者，是實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)功能的途徑，所以其他程序模塊的設(shè)計(jì)，目的都是為了效勞于主程序，以實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)監(jiān)控從節(jié)點(diǎn)燈設(shè)備的功能。如圖4.3所示是主節(jié)點(diǎn)的主程序流程圖。首先，初始化主節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)備如：TFT彩屏、SD卡、CAN控制器、中斷系統(tǒng)等，接著顯示監(jiān)控界面1，然后進(jìn)入一個(gè)無限的工作循環(huán)。在工作循環(huán)中，處理如下工作，先判斷當(dāng)前模式是不是進(jìn)入了燈設(shè)置模式，如果是那么停止向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀。假設(shè)不處在燈設(shè)置模式，那么依次向各個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀，請(qǐng)求從節(jié)點(diǎn)返回其燈數(shù)據(jù)。接著，判斷是否有觸摸按鍵按下，假設(shè)有那么作出相應(yīng)的按鍵處理并刷新顯示，最后檢測(cè)主節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行、通信狀況和對(duì)從節(jié)點(diǎn)是否離線的檢測(cè)。這樣主節(jié)點(diǎn)就處理完成所有的從設(shè)備監(jiān)測(cè)、設(shè)置、離線檢測(cè)、運(yùn)行指示、通信指示等主要功能。圖4.3 主節(jié)點(diǎn)主程序流程圖.1 初始化模塊程序設(shè)計(jì)在主節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)初始化程序是系統(tǒng)能夠正常工作的根底，是系統(tǒng)在進(jìn)入工