《基于單片機接力中繼器的設(shè)計》

1、基于單片機的水廠濾池自動控制系統(tǒng)設(shè)計 52 16 -基于單片機接力中繼器的設(shè)計 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc19470011 目錄 PAGEREF _Toc19470011 h - 3 - HYPERLINK l _Toc19470012 引 言 PAGEREF _Toc19470012 h - 4 - HYPERLINK l _Toc19470013 第1章基本知識和審查 PAGEREF _Toc19470013 h - 5 - HYPERLINK l _Toc19470014 1.1 基本 PAGEREF _Toc19470014 h - 5 - HYP

2、ERLINK l _Toc19470015 1.2 工作原理 PAGEREF _Toc19470015 h - 6 - HYPERLINK l _Toc19470016 1.3擴展 PAGEREF _Toc19470016 h - 6 - HYPERLINK l _Toc19470017 第2章 系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc19470017 h - 8 - HYPERLINK l _Toc19470018 第3章 硬件電路的實現(xiàn) PAGEREF _Toc19470018 h - 9 - HYPERLINK l _Toc19470019 3.1 簡介 PAGEREF _Toc194700

3、19 h - 9 - HYPERLINK l _Toc19470020 3.2 MCU主控制電路 PAGEREF _Toc19470020 h - 9 - HYPERLINK l _Toc19470021 3.3CAN總線控制器接口電路 PAGEREF _Toc19470021 h - 10 - HYPERLINK l _Toc19470022 第4章 中繼選擇 PAGEREF _Toc19470022 h - 11 - HYPERLINK l _Toc19470023 第5章 軟件設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc19470023 h - 15 - HYPERLINK l _Toc1947

4、0024 5.1 存儲空間分配理念 PAGEREF _Toc19470024 h - 15 - HYPERLINK l _Toc19470025 5.2程序控制流 PAGEREF _Toc19470025 h - 15 - HYPERLINK l _Toc19470026 第6章 測試 PAGEREF _Toc19470026 h - 17 - HYPERLINK l _Toc19470027 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc19470027 h - 18 -引 言中繼器首要實現(xiàn)物理層的性能，控制在兩個節(jié)點的物理層上逐位傳輸信息，實現(xiàn)記號復(fù)制，調(diào)動和放大功效，從而延伸網(wǎng)絡(luò)長度。 CAN總線

5、在51單片機中的開發(fā)和維護成本非常便宜，使用率也很高。 數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)10千米那么遠(yuǎn)的距離，傳輸速度平均可以達(dá)到1Mbps。 使我們使用的客戶能夠形成穩(wěn)定高效的總線網(wǎng)絡(luò)。 CAN總線已廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、電子行業(yè)、自動控制、智能化建筑、電子系統(tǒng)、安全預(yù)警、監(jiān)控等多種領(lǐng)域。 隨著CAN總線不斷的發(fā)展，CAN總線的網(wǎng)絡(luò)面積已經(jīng)擴大到兩個節(jié)點之間直接數(shù)據(jù)的傳輸，這將滿足以往不能長期通信的要求。 CAN中繼器的發(fā)展使CAN中繼器成為CAN總線通信的中轉(zhuǎn)站。 其通信的效率和可靠性會間接影響CAN總線通信的能力。 應(yīng)為傳統(tǒng)中基于單片機的CAN中繼器已經(jīng)很難滿足數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理的各種事情。所以將對于設(shè)計雙MCU

6、高性能CAN總線中繼器進行設(shè)計和研究。第1章基本知識與回顧1.1 基本51系列單片機具有良好的總線接口時序，可擴展控制對象。它的直接尋址能力達(dá)到64K，在總線模式下，不同對象共享總線，獨立尋址，分時復(fù)用總線。CPU根據(jù)地址選擇要訪問的對象，并完成與每個對象的信息傳輸，其中是通過數(shù)據(jù)、地址、控制三者與外界進行一系列的信息交換。- 數(shù)據(jù)總線：傳輸指令代碼和數(shù)據(jù)，通過它外圍芯片才能來交換信息。- 地址總線：傳輸?shù)氖堑刂沸畔?，包括?shù)據(jù)傳到哪兒去之類的信息。1.2 工作原理1，用作I/O端口時的行為 當(dāng)PO端口用作I/O端口時，多路復(fù)用的開關(guān)控制信號變?yōu)榈碗娖健?在圖中的線路部分，多路開關(guān)的控制信號同時

7、連接到AND門的一個輸入端。 AND門的邏輯特征為“全1出1，有0出0”時，控制信號為0，這表明AND門輸出也必須為0（低電平）。 當(dāng)AND門的輸出變?yōu)?時，V1管斷開。 當(dāng)多路復(fù)用控制開關(guān)信號為0時，多路復(fù)用開關(guān)連接到鎖存器的Q非端子。 2.PO端口用作從數(shù)據(jù)總線輸出到引腳的I/O端口線 當(dāng)寫入鎖存器信號CP有效時，數(shù)據(jù)總線信號封鎖器輸入D端可鎖定，反向輸出Q非終端多路復(fù)用V2晶體管柵，極V2漏極是否輸出P0？輸出到X。當(dāng)多路開關(guān)的控制信號為0時，AND門輸出為0，V1管被切斷。 因此，作為輸出端口的P0為漏極開路輸出，在像OC門那樣對電流負(fù)載進行導(dǎo)通驅(qū)動時，需要外接導(dǎo)通電阻。1.3擴展1.

8、公共汽車紅綠燈 1.P0端口是地址（A0A7）/數(shù)據(jù)多路復(fù)用線（D0D7），通過鎖存器供給下位8位的地址，鎖存信號從CPU的ALE引腳供給； ， 2.P2端口提供高階8位地址A8至A15。 3.控制信號:RD、WR、ALE、PSEN分別是讀取信號、寫入信號、地址鎖存信號、程序存儲器的控制信號?？偩€控制信號RDWRALEPSEN讀寫地址鎖存信號程序存儲器的控制信號二、其次，計算能力存儲容量計算地址線根數(shù)81012n存儲單元個數(shù)256102440962n存儲單元個數(shù)282102122n第2章 系統(tǒng)的設(shè)計CY7C136是一種靜態(tài)高性能CMOS RAM速度。那里是同一幀中的兩組數(shù)據(jù)線有兩組地址線。每個

9、端口的控制彼此獨立，并且可以在存儲器中任意位置進行儲存。就像兩個MCU的一個公共資源，一個端口連接到MCUL，另一個連接到MCU2。從SJA1000總線接口1接收的數(shù)據(jù)可以發(fā)送到雙端口RAM，MCU2接收到數(shù)據(jù)后發(fā)送到SJAl000，總線接口1可以發(fā)送到雙端口RAM2、從SHAL000接收到的數(shù)據(jù)可以發(fā)送到雙端口RAM，從MCUl到SHAL000 CAN總線接口1。由于地址總線和計算機總線到MCU是相乘的，所以使用鎖來鎖定地址。硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。第3章硬件電路的實現(xiàn)3.1 簡介該電路采用8051系列單片機AT89C52，具有成本低、開發(fā)周期短、易于實現(xiàn)、可靠性高等優(yōu)點。MCU的l與MCU

10、的2之間通過P1口的P15、P16、P17進行聯(lián)絡(luò)與應(yīng)答，保證系統(tǒng)存儲空間訪問的安全性。3.2 MCU主控制電路單片機L（AT89C52芯片1）與外圍設(shè)備相連，具有雙RAM接口，可連接總控制器。為了使用74LS138解碼器解碼防止地址沖突地址，AT89C52是地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用器，74HC573用作地址鎖，由于1號MCU和2號MCU相同，本文只介紹MCU l的控制電路。MCU 1的循環(huán)原理如圖2所示。3.3 CAN總線控制器接口電路SJAI000被用作總控制器，74LS38譯碼器的引腳YO作為SJAI000的芯片選擇信號輸出，中斷軸與MCU 1相連，接收被打斷的釋放信號。第4章 接力的選擇采用

11、RS485中繼器，因為RS485使用簡單，只需將中繼器接入通信網(wǎng)絡(luò)中，無需控制所用數(shù)據(jù)的流量，轉(zhuǎn)換器自動控制發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的流程。整個通信傳輸過程是完成透明。RS485中繼器按照工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)的理念進行設(shè)計得，電源是完全隔離！通信完成隔離！具有抗干擾的能力、傳輸距離可以達(dá)到5000m、速率高、工作穩(wěn)定等特點。被我們廣泛利用。功能特點：1.主動絕緣型，內(nèi)置DC-DC絕緣模型，實現(xiàn)端口間的電氣絕緣；2.通訊隔離型，采用進口全隔離485通訊芯片，保證通訊完全隔離，抗干擾能力強，通訊距離長；3.專業(yè)數(shù)據(jù)流自動控制技術(shù)，自動識別和控制數(shù)據(jù)傳輸方向；4.1500W停電保護，15kV靜電保護，2500V通信隔離

12、通信參數(shù)：符合：EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)RS-485信號：A+、B-RS-485信號：A+、B-工作條件：異步傳輸，點對點，點對多點，雙線半雙工傳輸介質(zhì)：普通線、雙絞線或屏蔽線，建議使用帶屏蔽作用的雙絞線，或者是專用的通信線波特率：300115200bps，自動偵測串口信號波特率方向控制：自動對方向進行判別、自動控制數(shù)據(jù)的傳輸方向傳輸距離：1500米通訊協(xié)議：透明傳輸接口保護：1500W防浪涌，15kV防靜電，2500V通信隔離，防雷工作環(huán)境：0C60C，相對濕度5%95%級聯(lián)：在RS4885端可以級聯(lián)多達(dá)256個改進的RS4885單元（在實際應(yīng)用中，可以級聯(lián)的單元數(shù)取決于其他單元使用的485芯

13、片的類型）。目前，普通485芯片級聯(lián)可設(shè)置在32個通信節(jié)點上，增強型芯片最多可設(shè)置在256個市級級聯(lián)信息節(jié)點。當(dāng)然，實際應(yīng)用所能達(dá)到的節(jié)點數(shù)量也與通信環(huán)境、電線有關(guān)，通信距離和速度也是會有影響的；工作電源：輸入電源：DC924V寬范圍直流電壓輸入功耗：靜態(tài)40mA，動態(tài)60mA外觀尺寸：長寬高：825032mm外殼：優(yōu)質(zhì)塑殼，絕緣安全系數(shù)高顏色：電腦白 重量：68克RS485接線注意事項：1. 485通信線路必須由雙絞線電纜屏蔽。這是更好地利用多股進行備份，總長度不超過1200米。2.保持布線盡量遠(yuǎn)離高壓電線成為可能，并且不向電力線平行，更不用說捆綁在一起。3.485個總線應(yīng)為手對手總線結(jié)構(gòu)，

14、嚴(yán)禁星型連接和分叉連接。4.對于超過30控制器或線路長度超過500米時，必須使用485個中繼。5.AC的電源設(shè)備和機箱必須在地面上，并有良好的接地性。6.與485套屏蔽線相關(guān)的所有設(shè)備具有GND接地。7.連接120歐姆端接電阻器在平行于485+和最后485設(shè)備的485-。RS-485通信線路總線的選擇要求：1.使用雙絞線與芯屏蔽2.銅，0.5線徑-0.75平方毫米3.阻抗為38-88歐姆/公里4.電容電阻30?50 NFA / km的5.射線的長度是2線為20mm屏蔽雙絞線（如果該行的距離，不超過500米，可以線標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低，必須是雙絞線）。第5章軟件設(shè)計與實現(xiàn)5.1 存儲空間分配理念為了實

15、現(xiàn)雙端口RAM的最有效的應(yīng)用中，2 KB存儲空間被設(shè)計成兩個1 KB圓形隊列。每個圓形隊列的結(jié)構(gòu)示于圖5中的陰影區(qū)域是存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域。非陰影區(qū)域是空白區(qū)。5.2程序控制流中繼器只從所述總線中繼數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)是隨機的，所以接收中斷。只要SJAl000的成功接收在特定時間數(shù)據(jù)的一個幀，它會施加到MCU負(fù)責(zé)該端口的中斷，數(shù)據(jù)被接收并發(fā)送到循環(huán)隊列。當(dāng)存在環(huán)隊列要發(fā)送的數(shù)據(jù)，在圖6中（其中尾部和環(huán)隊列的尾指針和頭指針，分別地）示出了程序的處理流程。所述MCU首先獲得在另一方的環(huán)隊列中的信息，并且主要是檢查環(huán)隊列信息是否是空的。如果它是空的，它不操作就可以了。如果不是空的，也有在隊列中發(fā)送的消息，然后消息發(fā)送開始。如果發(fā)送成功，則對方通過接觸信號通知給修改循環(huán)隊列指針。第6章 測試基于雙RAM端口的雙MCU重復(fù)測試壓力。加載數(shù)據(jù)的10 000幀到兩個CAN端口的短距離內(nèi)，并成功地測試該中繼器。結(jié)果示于表1。根據(jù)CAN總線規(guī)定，其平均負(fù)載率不超過65和一個傳統(tǒng)的單個MCU CAN中繼器的平均負(fù)荷率是難以達(dá)到60如可從表1中可以看出，CAN中繼器的功能得到了很大的改進，并引入雙單片機。，并能超過60的負(fù)荷率下穩(wěn)定地工作的？環(huán)隊列隊溢出狀況可通過增加雙端口RAM的大小來解決?？偨Y(jié)與展望CAN總線中繼器在本文所設(shè)計的設(shè)計。該系統(tǒng)的設(shè)計主要是為了解決總線中繼器方案。當(dāng)CAN總線的傳輸距離是不