DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本科生課程設(shè)計(jì)（論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化093 學(xué) 號(hào)： 090302084 學(xué)生姓名： 宋進(jìn)帥 指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間： 2013.1.1-2013.1.11 14課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 學(xué) 號(hào)090302084學(xué)生姓名宋進(jìn)帥專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化093設(shè)計(jì)題目DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)實(shí)現(xiàn)功能DSP與CAN總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)DSP與CAN總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)硬件包括總線控制器、總線收發(fā)器及ATMEL系列單片機(jī)及DSP芯片等。軟

2、件采用匯編語言或C語言，并調(diào)試與分析。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定設(shè)計(jì)方案，畫出方案框圖。2、DSP與CAN總線通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括元器件選擇。3、畫出硬件原理圖。4、繪出程序流程圖，并編寫初始化、接收及發(fā)送程序。5、要求認(rèn)真獨(dú)立完成所規(guī)定的全部內(nèi)容；所設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求正確、合理。6、按學(xué)校規(guī)定的格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)1、符合CAN2.0B規(guī)范；2、40米內(nèi)最高可達(dá)1Mbit/s；（設(shè)計(jì)選定傳輸速率為250K bit/s）3、抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾；4、可擴(kuò)充110個(gè)節(jié)點(diǎn)；工作計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（2天）2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3、及模塊選擇（3天）3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及編寫功能程序及調(diào)試（3天）4、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）5、驗(yàn)收及答辯。（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò) ( Controller Area Network ,CAN )是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線 。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性 、通信可靠性和實(shí)時(shí)性 ,而且簡單實(shí)用 ,網(wǎng)絡(luò)成本低 ,特別適用于環(huán)境溫度惡劣 、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境 。數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡稱DS

4、P)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。 本文是以DSP為微控制器的CAN 總線通信系統(tǒng)，以AT89C52作為智能節(jié)點(diǎn)，利用SJA1000 CAN總線控制器 與82C250 CAN總線收發(fā)器，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，使DSP與CAN總線通信，從而控制CAN總線

5、上的智能節(jié)點(diǎn)AT89C52。關(guān)鍵詞：DSP； CAN總線； 智能節(jié)點(diǎn)； SJA1000；目 錄第1章 緒論11.1 CAN總線概述11.2 CAN總線典型特征1第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1 DSP選擇33.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)33.3 CAN總線控制器SJA100043.4 收發(fā)器PCA82C25043.5 6N137光耦合器53.6 總體接線圖6第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)84.1初始化CAN控制器84.2信息的發(fā)送和接收10第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)13參考文獻(xiàn)14第1章 緒論1.1 CAN總線概述CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò) ( Controller AreaNet work ,CA

6、N )是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線 。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性 、通信可靠性和實(shí)時(shí)性 ,而且簡單實(shí)用 ,網(wǎng)絡(luò)成本低 ,特別適用于環(huán)境溫度惡劣 、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境 。CAN 總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制 。該總線的通信介質(zhì)可以是雙絞線 、同軸電纜或光纖。1.2 CAN總線典型特征( 1) CAN 總線為多主站總線 ,各節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ,且不分主從 ；( 2) CAN 總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù) ,高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù) ,故實(shí)時(shí)性好 ；( 3) CAN 總線具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能 ；( 4) CAN 總線采用短幀

7、結(jié)構(gòu) ,每幀有效字節(jié)數(shù)最多為 8 個(gè) ,數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短 ,并有 CRC 及其他校驗(yàn)措施 ,數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低 ；( 5) CAN 總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí) ,可自動(dòng)脫離總線 ,而總線上的其他操作不受影響 ;( 6) CAN 總線系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí) ,可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10 km ( 速率在 5 Kb/ s 以下) ；( 7) CAN 總線的最大傳輸速率可達(dá) 1 Mb/ s ,直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10 km ( 速率在 5 Kb/ s 以下)；( 8) CAN 總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線驅(qū)動(dòng)電路 ,在標(biāo)準(zhǔn)幀 ( 11 位報(bào)文標(biāo)識(shí)符) 時(shí) ,可達(dá)到 110 個(gè) ,而在擴(kuò)展幀 ( 29 位

8、報(bào)文標(biāo)識(shí)符) 時(shí) ,個(gè)數(shù)不受限 。第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)是DSP與CAN總線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，DSP作為系統(tǒng)微處理器，AT89C52單片機(jī)作為DSP的智能節(jié)點(diǎn)，要求實(shí)現(xiàn)DSP與單片機(jī)通過CAN總線通信。本設(shè)計(jì)中主要講述無片內(nèi)CAN控制器的DSP與CAN總線的通訊。系統(tǒng)總體控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示：TMS320LF2407 AT89C52SJA1000CAN控制器SJA1000CAN控制器光耦隔離器光耦隔離器光耦隔離器光耦隔離器PCA82C250PCA82C250DSP地址數(shù)據(jù)控制總線傳感器繼電器CANBUS圖2.1 系統(tǒng)總體控制結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)中，AT89C52作為智能節(jié)點(diǎn)，連接輸入檢測(cè)信

9、號(hào)和輸出控制信號(hào)與外界進(jìn)行信息交換，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理。DSP作為微處理器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行總體處理，得出相應(yīng)控制信號(hào)。SJA1000是CAN總線控制器，與82C250電平轉(zhuǎn)換器聯(lián)合使用將單片機(jī)與DSP信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN總線協(xié)議，通過CAN總線進(jìn)行傳輸通信。高速光耦6N137連接SJA1000與82C250，增強(qiáng)了CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 DSP選擇本設(shè)計(jì)中選用TMS320LF2407，TMS320LF2407控制器是TI 公司專為基于控制的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它將高性能的DSP內(nèi)核和豐富的微控制器外設(shè)功能集于單片之中，每秒執(zhí)行20 兆條指令的運(yùn)算能力，幾乎所有的指令都可在

10、50ns的單周期內(nèi)完成，使得TMS320F2407控制器能提供比傳統(tǒng)16位微控制器和處理器強(qiáng)大得多的性能。它具有以下一些特點(diǎn)： 32位中央算術(shù)邏輯單元，32累加器，16位*16位并行乘法器，3個(gè)定標(biāo)移位器，8個(gè)16位輔助寄存器和一個(gè)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器間接尋址的專用算術(shù)單元；544字*16位片內(nèi)數(shù)據(jù)/程序雙口RAM;16K字*16 位片內(nèi)程序FLASH，224K字*16 位最大尋址存儲(chǔ)范圍，支持硬件等待狀態(tài)；四級(jí)流水線操作，八級(jí)硬件堆棧，六個(gè)外部中斷；兼容TMS320C2××系列DSP 的指令集；12路比較/PWM; 通道，3個(gè)16位通用定時(shí)器，3個(gè)具死區(qū)功能的全比較單元，3 個(gè)

11、單比較單元，4個(gè)捕獲單元；雙10位A/D 轉(zhuǎn)換器；28個(gè)可單獨(dú)編程的多路復(fù)用I/O引腳；基于鎖相環(huán)（PPL）的時(shí)鐘模塊；帶實(shí)時(shí)中斷的看門狗定時(shí)器模塊；串行通信接口（SCI）和串行外設(shè)接口（SPI）。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。它是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。時(shí)鐘使用外部時(shí)鐘電路晶振選擇12MHz。復(fù)位電路使用上電加手動(dòng)的復(fù)位電路。圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.3 CAN總線控制器SJA1000SJA1000 是一種獨(dú)立控制器，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（CAN），它是PHILIPS半導(dǎo)體P

12、CA82C200 CAN 控制器BasicCAN 的替代產(chǎn)品而且它增加了一種新的工作模式PeliCAN, 這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B 協(xié)議. 圖3.2 SJA1000實(shí)物圖3.4 收發(fā)器PCA82C250PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，該器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力并對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力。 圖3.3 82C250實(shí)物圖82C250抗瞬間干擾，保護(hù)總線；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短路；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 ；

13、采用斜率控制（Slope Control），降低射頻干擾（RFI）； 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。3.5 6N137光耦合器6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850 nm波長AlGaAs LED和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。特性：轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10MBit/s；擺率高達(dá)10kV/us；扇出系數(shù)為8；邏輯電平輸出；集電極開路輸出；工作參數(shù)

14、：最大輸入電流，低電平：250uA 最大輸入電流，高電平：15mA 最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v 最大允許高電平電壓：Vcc 最大電源電壓、輸出：5.5V 扇出(TTL負(fù)載)：8個(gè)(最多) 工作溫度范圍：-40°C to +85°C 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等 圖3.4 6N137引腳圖信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)電流小于觸發(fā)閾值或

15、使能端為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開路的，可針對(duì)接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。3.6 總體接線圖本系統(tǒng)采用的總線控制器是SJA1000，為增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000通過高速光耦6N137后與PCA82C250相連，這樣能很好地實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與CAN總線的電氣隔離，圖3.5為CAN總線控制器總仙女驅(qū)動(dòng)電路連接圖。圖3.5 CAN總線控制器，總線驅(qū)動(dòng)器電路連接圖TMS320LF2407內(nèi)部集成一個(gè)完全的CAN控制器，CAN控制器通過CAN驅(qū)動(dòng)芯片PCA82C250與其它CAN控制器進(jìn)行通信。TMS320LF2407用3.7V供電，而PCA82C250用5V供電。TM

16、S320LF2407通過高速光耦6N137后與82C250相連，增強(qiáng)了CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，圖3.6為TMS320LF2407 CAN通信系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖。圖3.6 TMS320LF2407 CAN通信系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1初始化CAN控制器在使用CAN控制器錢必須對(duì)他的一些內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置，如位配置寄存器的設(shè)置及對(duì)郵箱進(jìn)行初始化。（1）初始化或重新設(shè)置位配置寄存器。位配置寄存器主要由BCR1和BCR2兩個(gè)寄存器組成，BCR1和BCR2寄存器決定了CAN控制器的通信波特率、同步跳轉(zhuǎn)寬度、采樣次數(shù)和重同步方式。（2）初始化郵箱。對(duì)郵箱初始化主要是設(shè)置郵箱的標(biāo)識(shí)符，

17、發(fā)送的是遠(yuǎn)程幀還是數(shù)據(jù)幀及對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)區(qū)（即對(duì)MBXnAMBXnD）賦初值。開始初始化處理其他控制程序是否有接受中斷是否有發(fā)送請(qǐng)求調(diào)用發(fā)送程序接收中斷程序是否否圖4.1 系統(tǒng)軟件流程圖基本模式下SJA1000的初始化 CAN00=0x01; CAN04=L_CONTROLLER; /*站地址*/ CAN05=0; CAN06=0x47; /*波特率為50Kbps*/ CAN07=0x2f; CAN08=0xaa; /*下拉輸出*/ CAN00=0x72; 擴(kuò)展方式下SJA1000的初始化 while(!(MOD_CAN&0x01) MOD_CAN=0x01; /進(jìn)入復(fù)位狀態(tài) CDR_C

18、AN=0xC8;/初始化時(shí)鐘分頻寄存器 IER_CAN=0x01;/允許接收中斷 BTR0_CAN=0x01; BTR1_CAN=0x1C;/初始化兩個(gè)總線定時(shí)寄存器 OCR_CAN=0xDA;/設(shè)置輸出控制寄存器 ACR0_CAN=0x01;/設(shè)置接收濾波器。接收碼寄存器、接收屏 ACR1_CAN=0x01;/蔽寄存器的設(shè)置與該節(jié)點(diǎn)所要接收的報(bào)文 ACR2_CAN=0x01;/有關(guān)。設(shè)置原則是：接收屏蔽寄存器中少 ACR3_CAN=0x02;/設(shè)置“不關(guān)心”位，盡可能將不需要的報(bào) AMR0_CAN=0; /文過濾掉。 AMR1_CAN=0X03; AMR2_CAN=0; AMR3_CAN=0

19、; MOD_CAN=0x00;/進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，雙濾波方式 4.2信息的發(fā)送和接收CAN控制器的發(fā)送郵箱有郵箱4和郵箱5及被配置為發(fā)送方式的郵箱2和郵箱3在數(shù)據(jù)到發(fā)送郵箱的數(shù)據(jù)區(qū)后，如果相應(yīng)的發(fā)送請(qǐng)求位使能，則信息幀被發(fā)送到CAN總線上。CAN控制器的接收郵箱有郵箱0和郵箱1及被配置為接收方式的郵箱2和郵箱3。接收郵箱初始化時(shí)要設(shè)置其標(biāo)識(shí)符及標(biāo)識(shí)符有關(guān)的局部屏蔽寄存器（LAM）初始化清楚TRS=0禁止郵箱MEo=0配置郵箱的標(biāo)示符，控制區(qū)和方向使能郵箱MEo=1寫數(shù)據(jù)到郵箱數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)置發(fā)送請(qǐng)求位TRSo=1TAo=1？復(fù)位TRSo=0，TAo=0發(fā)送結(jié)束開始禁止郵箱MEo=0設(shè)置局部接收屏蔽寄存器

20、LAN設(shè)置郵箱為接收郵箱MDo=0保護(hù)郵箱數(shù)據(jù)不被覆蓋OPCo=1使能郵箱MEo=1RMPo=1?復(fù)位接收掛起位丟失標(biāo)志位 RMPo=0接收結(jié)束圖4.3接收中斷程序圖4.2 發(fā)送程序接收和發(fā)送子程序定時(shí)檢測(cè)SJA1000是否總線脫離timer0() interrupt 1 /*定時(shí)檢測(cè)SJA1000是否總線脫離*/ if(CAN02&0x80)=0x80) CAN00=0x01;/*若脫離,則將SJA1000復(fù)*/ CAN00=0x72; /*在進(jìn)入正常工作方式*/ if(CAN12&0x80)=0x80) CAN10=0x01; CAN10=0x72; WDOG=!WDOG;

21、發(fā)送數(shù)據(jù)子函數(shù) void transfer0()/向他站發(fā)送數(shù)據(jù)子函數(shù) unsigned int i; for(i=0;i<500;i+) word=CAN02; if(word&0x04)=0x04)/TBF是否可寫 for(i=0;i<10;i+) /是,則寫入報(bào)文 CAN010+i=traini; CAN01=0x01;/發(fā)送 return;/發(fā)送成功后返回 接收中斷子程序int0() interrupt 0/*0號(hào)CAN口接收中斷子程序*/ unsigned char i; word=CAN03; /*word-224*/ if(word&0x08) /*是否超載*/ CAN01=0x08; /*是,則清除超載狀態(tài)*/if(word&0x01) /*若有接收中斷*/ if(rec_frame<MAX_FRAME) for(i=0;i<8;i+) canbufrec_framei=CAN020+2+i;/*則將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)*/ for(i=0;i<7;i+) canbufrec_frame7-i=canbufrec_frame6-i; canbufrec_frame0=6; rec_frame+; CAN01=0x0c; /*釋放TBF*/ 第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過對(duì)DSP與