基于CAN總線的多信息量測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于CAN總線的多信息量測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)HardwareDesignofMulti-informationTestSystemBasedonCANBus總計(jì)：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25頁表格：0個(gè)插圖：20幅學(xué)院（系）：電子與電氣工程系專業(yè)：電子信息工程基于CAN總線的多信息量采集[摘要]基于CAN總線的多信息量采集系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊兩部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由相應(yīng)的傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路組成。采用89C51單片機(jī)控制MAX197A/D轉(zhuǎn)換器芯片工作，并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果。在數(shù)據(jù)傳輸模塊中，單片機(jī)利用CAN總線傳送數(shù)據(jù)，CAN總線上的數(shù)據(jù)經(jīng)過USB-CAN轉(zhuǎn)換器傳送到上位機(jī)中。89C51負(fù)責(zé)整個(gè)轉(zhuǎn)換器的監(jiān)控任務(wù)以及CAN總線與USB的通信任務(wù)。CAN控制器接口電路由CAN通信控制器SJA1000和CAN收發(fā)器89C250組成，通過采用中斷的方式來接收USB與CAN總線的報(bào)文。[關(guān)鍵詞]CAN總線；單片機(jī)；轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)采集；HardwareDesignofMulti-informationTestSystemBasedonCanBusAbstract:Multi-informationtestsystembasedoncanbus,includingdataacquisitionanddatatransmissionmodule.Dataacquisitionsystemcomposedofcorrespondingsensorsanddataconversioncircuit.MCUcontrolA/Dconverterwork,andtheresultswerestoredinthemicrocontroller.MCUsendtheresultstoCANbus.MCUsenddatathroughCANbus,DataofCANbusthroughUSB-CANconvertertosendtothehostmachine.Converterusing89C51microcontroller,itresponsibleformonitoringtasksthroughouttheconverter,CommunicatingtaskamongCANbusandUSB.CANcontrollerinterfacecircuitcomposedofthecommunicationcontrollerSJA1000CANandCANtransceiver89C250.CANcontrollerthroughtheuseofinterruptstoreceiveUSBandCANbusmessages.Keywords:CANbus;MCU;dataconversion;acquisition;目錄1引言 21.1課題背景 31.2CAN總線的概況 31.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)述 31.2.2CAN總線特點(diǎn) 31.2.3CAN總線的分層結(jié)構(gòu) 42硬件電路的設(shè)計(jì)原理 52.1總體設(shè)計(jì)思路 52.2A/D轉(zhuǎn)換原理的介紹 52.2.1采樣和保持 52.2.2量化與編碼 72.2.3A/D轉(zhuǎn)換器的種類 72.3多信息量采集原理 72.4真空度測(cè)試原理 102.5銫氧源電流的測(cè)試原理 112.6光電流測(cè)試原理 122.7CAN總線與USB轉(zhuǎn)換的原理 133硬件電路的模塊介紹 133.1A/D器件的說明 133.3A/D轉(zhuǎn)換電路的介紹 143.4多信息量測(cè)試硬件電路設(shè)計(jì) 173.5USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊的硬件設(shè)計(jì) 183.6CH372的介紹 194硬件電路設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 214.1USB-CAN轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 214.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片選取 214.3電源選取 22結(jié)束語 23參考文獻(xiàn)： 24致謝 251引言1.1課題背景現(xiàn)場(chǎng)總線是用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)路的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這是一項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)。本課題在深入研究CAN現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議后，力求能設(shè)計(jì)出符合CAN總線協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)模塊，能夠接收和處理現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并能將處理好的信號(hào)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器完成轉(zhuǎn)換任務(wù)。本課題的最終目的是達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的掌握和應(yīng)用，并且掌握用電子硬件開發(fā)的思路和方法，培養(yǎng)和提高個(gè)人的獨(dú)立科研及設(shè)計(jì)能力。作為現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中最為底層的設(shè)備就是現(xiàn)場(chǎng)智能I／O模塊，它是完成整個(gè)控制功能的非常重要的一環(huán)，它是控制系統(tǒng)內(nèi)部的樞紐，有著不可替代的作用。1.2CAN總線的概況1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)述現(xiàn)場(chǎng)總線是指開放式、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、相互交換操作的雙向傳送、連接智能儀表和控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這是一項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，是信息化帶動(dòng)工業(yè)化和工業(yè)化推動(dòng)信息化的適用技術(shù)，是能應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線，因現(xiàn)場(chǎng)總線潛在著巨大的商機(jī)。1.2.2CAN總線特點(diǎn)CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于其采用了許多新技術(shù)及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通信總線相比，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，因而一些世界著名的汽車廠商如BENZ，BMW，ROLLS．ROYCE等都采用CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信[1]。其特點(diǎn)可概括如下：(1)CAN為多主方式工作，也就是說網(wǎng)絡(luò)上的任何一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式比較靈活，而不用站點(diǎn)地址等節(jié)點(diǎn)信息。(2)CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134us內(nèi)得到傳輸。(3)CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁的時(shí)間。(4)CAN總線只需通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。(5)CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可達(dá)lMbps(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。(6)CAN上的節(jié)點(diǎn)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)；報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種(CAN2．0A)，而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2．081的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。(7)CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)問短，受干擾概率小，具有極好的檢錯(cuò)效果。(8)CAN的每幀信息都有CRC檢驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。(9)CAN通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。1.2.3CAN總線的分層結(jié)構(gòu)CAN遵從OSI模型，按照OSI基準(zhǔn)模型[2]，CAN結(jié)構(gòu)劃分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路層LLC和媒體訪問控制層MAC。如圖1所示:圖1CAN總線的分層結(jié)構(gòu)LLC子層的主要功能是：為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，確認(rèn)由LLC子層接收的報(bào)文已被接收，并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。MAC子層的功能主要是傳送規(guī)則，亦即控制幀的結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。物理層的功能是有關(guān)全部電氣特性在不同節(jié)點(diǎn)問的實(shí)際傳送。CAN技術(shù)規(guī)范2．0B定義了數(shù)據(jù)鏈路中的MAC子層和LLC子層的一部分，并描述與CAN有關(guān)的外層。物理層定義了信號(hào)怎樣進(jìn)行發(fā)送，因而，涉及位定時(shí)、位編碼元和同步的描述。MAC子層是CAN協(xié)議的核心，它描述由LLC子層接收到的報(bào)文和對(duì)LLC子層發(fā)送的認(rèn)可報(bào)文。MAC子層可響應(yīng)報(bào)文幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)標(biāo)定。MAC子層有稱為故障界定的一個(gè)管理實(shí)時(shí)監(jiān)控，它具有識(shí)別永久故障或短暫擾動(dòng)的自檢機(jī)制。LLC子層的主要功能是報(bào)文濾波、超載通知和恢復(fù)管理按照IEEE802．2和802．3標(biāo)準(zhǔn)，物理層劃分為：(1)物理信令(PLSPhysicalSignaling),(2)物理媒體附屬裝置(PMAPhysicalMediumAttachment),(3)媒體相關(guān)接121(MDIMediumDep-endentInterface)。數(shù)據(jù)鏈路層又劃分為：(1)邏輯鏈路控鋁IJ(LLCLogicLinkContr01),(2)媒體訪問控鏈IP(MACMediumAccessContr01)。2硬件電路的設(shè)計(jì)原理2.1總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路是，用采集真空度，銫氧源電流，光電流傳感器輸出的信號(hào)先通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。然后把數(shù)字信號(hào)傳送給CAN收發(fā)器，使其傳送到CAN總線上。在CAN總線上的數(shù)據(jù)，再通過USB-CAN總線轉(zhuǎn)換電路，將采集到得數(shù)據(jù)輸送的電子計(jì)算機(jī)當(dāng)中。原理框圖如圖2所示。2.2A/D轉(zhuǎn)換原理的介紹將時(shí)間連續(xù)和幅值連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼4個(gè)過程。在實(shí)際電路中，有些過程是合并進(jìn)行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的[3]。2.2.1采樣和保持采樣是將時(shí)間連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的模擬量，即獲得某此時(shí)間點(diǎn)（離散時(shí)間）的模擬量值。因?yàn)椋M(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)輸入值需要保持穩(wěn)定，因此，必須有保持電路維持采樣所得的模擬值。采樣和保持通常是通過采樣-保持電路同時(shí)完成的。為使采樣后的信號(hào)能夠還原模擬信號(hào)，根據(jù)取樣定理，采樣頻率fS必須大于或等于2倍輸入模擬信號(hào)的最高頻率fImax，即兩次采樣時(shí)間間隔不能大于1/fS，否則將失去模擬輸入的某些特征。圖2總體設(shè)計(jì)框圖如圖3所示給出了采樣-保持電路的原理圖和經(jīng)采樣、保持后的輸出波形。圖中采樣電子開關(guān)S受采樣信號(hào)S(t)控制，定時(shí)地合上S，對(duì)保持電容CH充放電。因A1、A2接成電壓跟隨器，此時(shí)vO=vI。S打開時(shí)，保持電容CH因無放電回路保持釆樣所獲得的輸入電壓，輸出電壓亦保持不變。-+-+-+-+∞∞開關(guān)控制電路vOvICHSvI,vOOtOt圖3采樣-保持電路原理圖2.2.2量化與編碼數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且在幅值上也是不連續(xù)的。任何一個(gè)數(shù)字量只能是某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換過程中還必須把采樣-保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上。這一過程稱為數(shù)值量化，簡(jiǎn)稱量化。量化過程中的最小數(shù)值單位稱為量化單位，用△表示。它是數(shù)字信號(hào)最低位為1，其它位為0時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即1LSB。量化過程中，采樣電壓不一定能被△整除，因此量化后必然存在誤差。這種量化前后的不等（誤差）稱之為量化誤差，用ε表示。量化誤差是原理性誤差，只能用較多的二進(jìn)制位縮小量化誤差。量化的近似方式有：只舍不入和四舍五入兩種。只舍不入量化方式量化后的電平總是小于或近似等于量化前的電平，即量化誤差ε始終大于0，最大量化誤差為△，即εmax=1LSB。采用四舍五入量化方式時(shí)，量化誤差有正有負(fù)，最大量化誤差為△/2，即∣εmax︱=LSB/2。顯然，后者量化誤差小，故為大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器所采用。量化后的電平值為量化單位△的整數(shù)倍，這個(gè)整數(shù)用二進(jìn)制數(shù)表示即為編碼。量化和編碼也是同時(shí)進(jìn)行的。2.2.3A/D轉(zhuǎn)換器的種類按工作原理不同，A/D轉(zhuǎn)換器可以分為：直接型A/D轉(zhuǎn)換器和間接型A/D轉(zhuǎn)換器。直接型A/D轉(zhuǎn)換器可直接將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這類轉(zhuǎn)換器工作速度快。并行比較型和逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器屬于這一類。而間接型A/D轉(zhuǎn)換器先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成中間量（如時(shí)間、頻率等），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換速度比較慢。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器則屬于間接型A/D轉(zhuǎn)換器。本文采用的MAX197是逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器。2.3多信息量采集原理在模／數(shù)轉(zhuǎn)換中，一般要完成采樣、量化和編碼3個(gè)內(nèi)容。而最重要的是如何采樣數(shù)據(jù)。2.3.1采樣信號(hào)的頻譜

。。采樣過程是通過采樣脈沖序列p(t)與連續(xù)時(shí)間信號(hào)x(t)相乘來完成的，理想脈沖采樣過程如圖4所示。其采樣序列如公式(1)所示（1）采樣信號(hào)如公式(2)所示(2)x(t)X(ω)0t-ωm0ωmωp(t)P(ω)……0t-ωs0ωsωx(t)X(ω)-TS0TSt-ωs0ωsω圖4理想脈沖采樣過程如果有公式(3)(3)那么，根據(jù)頻域卷積定理如公式(4)所示，有(4)可以證明，采樣脈沖序列p(t)的頻譜是間隔為ωs的周期延拓，所以，可以進(jìn)一步證明如公式(5)所示(5)此式表明，一個(gè)連續(xù)信號(hào)經(jīng)過理想采樣以后，它的頻譜將沿著頻率軸每隔一個(gè)采樣頻率ωs,重復(fù)出現(xiàn)一次，即其頻譜產(chǎn)生了周期延拓，其幅值被采樣脈沖序列的傅里葉系數(shù)（Cn=1/Ts)所加權(quán)，其頻譜形狀不變。

2.3.2采樣定理

采樣定理說明了一個(gè)問題[4]，即當(dāng)對(duì)時(shí)域模擬信號(hào)采樣時(shí)，應(yīng)以多大的采樣周期（或稱采樣時(shí)間間隔）采樣，方不致丟失原始信號(hào)的信息，或者說，可由采樣信號(hào)無失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。

(1)混疊現(xiàn)象

混疊現(xiàn)象又稱頻譜混疊效應(yīng)，它是由于采樣信號(hào)頻譜發(fā)生變化，而出現(xiàn)高、低頻成分發(fā)生混淆的一種現(xiàn)象，如下圖所示。信號(hào)x(t)的傅里葉變換為X(ω)，其頻帶范圍為-ωm～ωm；采樣信號(hào)x(t)的傅里葉變換是一個(gè)周期譜圖，其周期為ωs，并且如公式(6)所示(6)Ts為時(shí)域采樣周期。當(dāng)采樣周期Ts較小時(shí)，ωs＞2ωm，周期譜圖相互分離如圖5(b)所示；當(dāng)Ts較大時(shí)，ωs＜2ωm，周期譜圖相互重疊，即譜圖之間高頻與低頻部分發(fā)生重疊，如圖5(c)所示，此即頻混現(xiàn)象，這將使信號(hào)復(fù)原時(shí)丟失原始信號(hào)中的高頻信息。x(t)X(ω)0t0ωx(t)X(ω)0t0ωx(t)X(ω)0t0ω

圖5周期譜圖相互分離與混疊下面從時(shí)域信號(hào)波形來看這種情況。如圖6(b)是頻率正確的情況，以及其復(fù)原信號(hào)；圖6(c)是采樣頻率過低的情況，復(fù)原的是一個(gè)虛假的低頻信號(hào)。當(dāng)采樣信號(hào)的頻率低于被采樣信號(hào)的最高頻率時(shí)，采樣所得的信號(hào)中混入了虛假的低頻分量，這種現(xiàn)象叫做頻率混疊。(2)采樣定理

。。上述情況表明，如果ωs＞2ωm，就不發(fā)生混疊現(xiàn)象，因此對(duì)采樣脈沖序列的間隔Ts須加以限制，即采樣頻率ωs（2π／Ts）或fs(1／Ts）必須大于或等于信號(hào)x(t)中的最高頻率ωm的兩倍，即ωs＞2ωm，或fs＞2fm。

為了保證采樣后的信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)的信息，采樣信號(hào)的頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。(a)原始信號(hào)(b)采樣頻率正確(c)采樣頻率過低圖6時(shí)域信號(hào)波形需要注意的是，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，滿足了采樣定理，只能保證不發(fā)生頻率混疊，保證對(duì)信號(hào)的頻譜作逆傅里葉變換時(shí)，可以完全變換為原時(shí)域采樣信號(hào)xs(t)；而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的3到5倍。2.4真空度測(cè)試原理光電陰極激活是將原子清潔的GaAs表面與Cs2O作用形成很低的表面逸出功。所謂原子清潔表面是指除發(fā)射體本身元素之外，表面雜質(zhì)的含量是單原子層覆蓋的1％。根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論而得知，在10-4Pa氣壓下，晶片表面形成單原子層吸附所需要的時(shí)間約1s。10-5Pa下約需要10s。而10-8Pa下就會(huì)延長(zhǎng)到幾個(gè)小時(shí)以上。這樣才可有充分的時(shí)間使GaAs原子清潔表面得以保持。不然，Cs、O激活處理以前，周圍殘余氣體就已經(jīng)以單原子層覆蓋GaAs表面，NEA就不能建立。故10-8Pa以上的超高真空度就成了光電陰極激活的首要條件。激活系統(tǒng)用B-A規(guī)作為超高真空計(jì)（由于B-A規(guī)的測(cè)量范圍是測(cè)量范圍：1×10-1~5×10-8Pa），并通過一法蘭將其安裝在真空室的中部上方，B-A規(guī)的電源線和信號(hào)線從法蘭盤用陶瓷接線柱引出。要測(cè)試真空度可以將B-A規(guī)測(cè)得的微弱真空度信號(hào)經(jīng)過放大后再由A/D轉(zhuǎn)換得到（由于MAX197的測(cè)量精度是12位，而測(cè)量的真空度是10-8Pa左右的所以沒有超出MAX197的量程。所以不需要對(duì)真空計(jì)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理），這樣做相當(dāng)于要重新設(shè)計(jì)一個(gè)具有通信功能的真空計(jì)，增加了研究工作量。因此對(duì)真空度的測(cè)試采用基于已有模擬式設(shè)備的信息采集方案，即在模擬設(shè)備上增加通信和數(shù)字化測(cè)試功能。測(cè)試原理方框圖如圖7所示。圖7真空度測(cè)試原理方框圖如圖所示，真空度信息采集電路得到真空計(jì)上顯示的真空度信息，通過CAN總線傳輸給USB-CAN總線轉(zhuǎn)換器，最后由USB接口輸入計(jì)算機(jī)。真空度測(cè)試是多信息量測(cè)控系統(tǒng)的一部分，考慮整個(gè)系統(tǒng)要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多信息量的測(cè)試與控制，因此對(duì)真空度的測(cè)試方案利用現(xiàn)場(chǎng)總線（CAN總線）的技術(shù)和USB接口?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這些特點(diǎn)非常符合整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)分散儀器的多信息量測(cè)試和控制的要求。USB總線又稱為通用串行總線，有4種傳輸模式，適用于不同的通信任務(wù)，傳輸速度快，而且一般計(jì)算機(jī)都具有USB接口，但其可連接的設(shè)備數(shù)較少，通信距離短，而CAN總線又稱為控制器局域網(wǎng)總線，是一種工業(yè)測(cè)控用的現(xiàn)場(chǎng)總線，具有通信速度較快（最高到1Mbps），傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，可連接設(shè)備數(shù)目多等許多優(yōu)點(diǎn)，是一種在汽車、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和智能建筑等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線，但其不能直接與計(jì)算機(jī)相連，因此將USB總線與CAN總線結(jié)合起來，就能同時(shí)利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大而靈活的通信任務(wù)。2.5銫氧源電流的測(cè)試原理銫源電流和氧源電流在銫氧激活過程中對(duì)銫氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候就能在銫圖8銫源電流測(cè)試原理方框圖氧調(diào)節(jié)電源上顯示出來。銫源和氧源電流信號(hào)則可以采用帶數(shù)字輸出接口的程控電源直接得到，但要購(gòu)買昂貴的數(shù)字程控電源，造成現(xiàn)有模擬式電源的浪費(fèi)，增加成本。因此采用與真空度信息采集相同的方案，即在模擬設(shè)備上增加通信和數(shù)字化測(cè)試功能。以銫源電流測(cè)試為例，測(cè)試原理方框圖如圖8所示。激活實(shí)驗(yàn)中銫源大小是通過銫源電源來調(diào)節(jié)的，銫源電流信息采集電路得到銫源電源上顯示的電流信號(hào)，通過CAN總線傳輸給USB-CAN總線轉(zhuǎn)換器，最后由USB接口輸入計(jì)算機(jī)。氧源電流測(cè)試原理與銫源電流測(cè)試相同。2.6光電流測(cè)試原理在測(cè)試光電流時(shí)先確定光源，光源波長(zhǎng)的選擇取決于陰極的種類。對(duì)于負(fù)電子親和勢(shì)GaAs光電陰極，一般認(rèn)為GaAs基片在未進(jìn)行表面Cs處理前，溫度為0K時(shí)其禁帶寬度為1.55eV，電子親和勢(shì)1.55eV，即表面逸出功為3.1eV，如公式7所示：(7)式中λ為入射光波長(zhǎng)，單位為米（m），h為普朗克常數(shù)，其值為6.63×10-34焦耳.秒（J.S），c為光速，值為3×108光電流測(cè)試原理方框圖如圖9所示。鹵鎢燈照射陰極面產(chǎn)生微弱光電流，光電流經(jīng)微弱信號(hào)處理、放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)中。圖9光電流測(cè)試原理方框圖2.7CAN總線與USB轉(zhuǎn)換的原理USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊是與USBl．1總線兼容的[5]，帶有2路CAN總線接口，可供選用其中之一或全部，支持連接2個(gè)不同通訊速率的CAN—BUS網(wǎng)絡(luò)。CAN通訊速率在5Kbit／s～1Mbit／s范圍內(nèi)可編程。CAN通訊接口符DeviceNET和CANopen標(biāo)準(zhǔn)。支持CAN2．0B(兼容CAN2．0A協(xié)議)，符合IS0／ISll898國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。最高供電采用USB總線供電，由USB電纜向USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊提供+5V電源。USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊中自帶有光點(diǎn)隔離模塊，增強(qiáng)了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。使其工作溫度范圍達(dá)到：0℃～70℃。．USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊體積小，支持即插即用。通過安裝驅(qū)動(dòng)程序，可在win9x／Me、winNT4、win2000／XP操作系統(tǒng)中運(yùn)行。轉(zhuǎn)換器的微控制器采用AT89C52，負(fù)責(zé)整個(gè)轉(zhuǎn)換器的監(jiān)控任務(wù)以及CAN總線與USB總線的通信任務(wù)。CAN控制器接口電路由CAN通信控制器SJA1000和CAN收發(fā)器82C250組成，為了增加系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力，也可在SJA1000和82C250之間增加光電耦合電路以及可在82C250與CAN總線間增加一個(gè)限流電阻[6]。而82C250驅(qū)動(dòng)電路內(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)功耗增加，但不至于使輸出級(jí)損壞。USB控制器接口電路由USB控制器CH372來實(shí)現(xiàn)其功能。CH372是一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片，在本地端，CH372具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU等控制器的系統(tǒng)總線上；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CH372的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔易用的操作接口，與本地端的微控制器通信就如同讀寫文件。CH372內(nèi)置了USB通信中的底層協(xié)議，具有內(nèi)置固件模式和外置固件模式。在內(nèi)置固件模式下，CH372自動(dòng)處理默認(rèn)端點(diǎn)0的所有事務(wù)，本地端單片機(jī)只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換。在外置固件模式下，由外部單片機(jī)或者DSP/MCU根據(jù)需要自行處理各種USB請(qǐng)求，從而可以實(shí)現(xiàn)符合各種USB3硬件電路的模塊介紹3.1A/D器件的說明圖10MAX197芯片的引腳分布本文選用MAX197，它是Maxim公司出品的多量程、8通道的12位并行A/D轉(zhuǎn)換器。它是并行的A/D芯片，采用逐次逼近工作方式，內(nèi)部的輸入跟蹤/保持電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量輸出，其并行輸出口很容易與單片機(jī)接口連接。MAX197芯片很適合于作為信號(hào)采集芯片[7]。MAX197芯片的引腳分布如圖10所示。引腳說明：CLK（1引腳）：時(shí)鐘輸入引腳。在外部時(shí)鐘模式下，輸入與TTL/COMS相匹配的時(shí)鐘脈沖。在內(nèi)部時(shí)鐘模式下，在此引腳和地之間接一個(gè)電容以設(shè)置內(nèi)部時(shí)鐘的頻率，此電容Cclk取典型值pF，內(nèi)部時(shí)鐘頻率fclk為1.56MHz。/CS：（2引腳）：片選引腳，低電平有效。/WR：（3引腳）：當(dāng)/CS為低電平時(shí)，如果工作在內(nèi)部采集模式，/WR引腳的上升沿將鎖住數(shù)據(jù)，并發(fā)出一個(gè)采集脈沖；如果工作在外部采集模式，/WR引腳的第一個(gè)上升沿啟動(dòng)一次采集，第二個(gè)上升沿結(jié)束采集并開始一次轉(zhuǎn)換。/RD（4引腳）：如果/CS為低電平，/RD的下降沿將使數(shù)據(jù)總線上的一次讀操作。HBEN(5引腳)：數(shù)據(jù)總線復(fù)用控制引腳，通過此輸入可實(shí)現(xiàn)12位轉(zhuǎn)換。當(dāng)此引腳為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)總線上可以通過復(fù)用得到高4位數(shù)據(jù)；當(dāng)此引腳為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)總線上只存在低8位數(shù)據(jù)。/SHDN(6引腳)：低功耗模式控制引腳，低電平有效，此時(shí)芯片進(jìn)入低功耗工作狀態(tài)。D7~D4(7引腳)：三態(tài)數(shù)據(jù)I/O端口。D3/D11（11引腳）：三態(tài)數(shù)據(jù)I/O端口。當(dāng)HBEN=0時(shí)，輸出為D3;當(dāng)HBEN=1時(shí)，輸出為D11。D2/D10（12引腳）、D1/D9(13引腳)、D0/D8(14引腳)同D3/D11引腳。AGND（15引腳）：模擬地。CH0~CH7(16~23引腳)：8路模擬輸入通道。/INT（24引腳）：中斷輸出引腳，低電平有效。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束。輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖健EFADJ（25引腳）：帶隙電壓基準(zhǔn)輸出/外部調(diào)節(jié)引腳。連接一個(gè)0.01μF旁路電容到模擬地。當(dāng)在REF引腳上采用外部基準(zhǔn)輸出電壓，可以在REFADJ引腳作外部調(diào)整；VDD（27引腳）：+5V電源，通過0.1μF電容旁路至地。DGND（28引腳）：數(shù)字地。單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心器件，它通過對(duì)MAX197的設(shè)置，完成對(duì)整個(gè)A/D的轉(zhuǎn)換過程、方式的控制，最后讀取MAX197的寄存器，完成數(shù)據(jù)的傳輸。本論文選用Atmel公司的AT89C52作為單片機(jī)芯片，它滿足要求，而且極為常用，價(jià)格便宜，易于購(gòu)買。3.3A/D轉(zhuǎn)換電路的介紹A/D轉(zhuǎn)換電路根據(jù)功能可劃分為三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、電源模塊、A/D采集模塊[8]。單片機(jī)模塊如圖11所示，電源模塊如圖12所示，A/D模塊如圖13所示。圖11單片機(jī)控制模塊圖12電源模塊圖13A/D采集模塊U1為Atmel公司的單片機(jī)芯片AT89C52，其P1.0引腳和A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX197的中斷輸出引腳/INT相連，單片機(jī)通查詢此引腳的高低電平檢測(cè)是否完成一次A/D轉(zhuǎn)換；P1.1引腳和MAX197的HBEN引腳相連，單片機(jī)通過設(shè)置此引腳可以讀取12位數(shù)據(jù)的高低位；P2.0引腳的作用是通過反向器74LS04向MAX197芯片提供片選信號(hào)ADCS；/START為外部控制引腳，它通過觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷0啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；D0~D7為8位數(shù)據(jù)線，它們和MAX197芯片對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位相連。U2為6輸入反向器，這里用到了其中一路，它的作用是對(duì)單片機(jī)P2.0引腳信號(hào)取反，從而提供給A/D芯片MAX197片選信號(hào)ADCS（低電平有效）。AGND是“模擬地”的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，AGND通過一個(gè)0Ω的電阻R3和“數(shù)字地”DGND連接，實(shí)際上在電路板的表角處，AGND應(yīng)該和“數(shù)字地”連在一起，此處用0Ω的電阻只是為了考慮原理圖設(shè)計(jì)的方便。線性穩(wěn)壓芯片MAX8875的型號(hào)是MAX8875EUK50-T，它為A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX197提供穩(wěn)定的+5V電壓ADVCC[9]；電壓基準(zhǔn)芯片MAX6192為A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX197提供穩(wěn)定的+2.5V基準(zhǔn)電壓REFVCC。MAX197工作與內(nèi)部時(shí)鐘模式，其CLK引腳通過一個(gè)100pF的電容接地；讀/寫引腳/RD、/WR和單片機(jī)AT89C52的讀/寫引腳分別相連；HBEN引腳由單片機(jī)控制輸入，決定數(shù)據(jù)總線的復(fù)用方式，以得到12位轉(zhuǎn)換結(jié)果；MAX197選擇外部電壓基準(zhǔn)，REFADJ引腳接電壓基準(zhǔn)芯片產(chǎn)生的穩(wěn)定的2.5V電壓REFVCC；本論文中8路模擬輸入通道只使用CH0，SIG_IN是模擬輸入信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路涉及模擬和數(shù)字信號(hào)，為保證最佳的性能，在印刷電路板設(shè)計(jì)時(shí)需要仔細(xì)考慮。為了減少串話和噪聲，應(yīng)該讓模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開，盡量讓數(shù)字地線處于數(shù)字信號(hào)線之間，“模擬地”和“數(shù)字地”作分割處理，最終在電路板的邊角處相連。為了較少高、低頻的起伏噪聲，應(yīng)該將VDD和REFVCC通過0.1μF和4.7μF電容并聯(lián)旁路到AGND，如圖中的電容C7、C8、C9、和C10。3.4多信息量測(cè)試硬件電路設(shè)計(jì)真空度的測(cè)量其實(shí)是把B-A規(guī)真空計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)控制的A/D芯片將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量即可。電路原理圖如圖14所示。單片機(jī)芯片AT89C52的P1.0引腳和A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX197的中斷輸出引腳/INT相連，單片機(jī)通查詢此引腳的高低電平檢測(cè)是否完成一次A/D轉(zhuǎn)換；P1.1引腳和MAX197的HBEN引腳相連，單片機(jī)通過設(shè)置此引腳可以讀取12位數(shù)據(jù)的高低位；P2.0引腳的作用是通過反向器向MAX197芯片提供片選信號(hào)ADCS；/START為外部控制引腳，它通過觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷0啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；D0~D7為8位數(shù)據(jù)線，它們和MAX197芯片對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位相連。B-A規(guī)傳送過來的數(shù)據(jù)從MAX197的16管腳CH0輸入[10]。銫氧源電流的采集電路和采集真空度的電路基本相同，對(duì)于光電流的采集需要在傳感器輸出端需要連接一個(gè)微弱信號(hào)放大器即可。將微弱信號(hào)放大器的輸出接MAX197。圖14真空度測(cè)試電路原理圖銫氧源電流的采集電路的電路圖如圖15所示：圖15銫氧源測(cè)試電路原理圖銫氧源大小是通過銫氧源電源來調(diào)節(jié)。銫氧源電流從MAX197的16管腳輸入。光電流采集電路的電路圖如圖16所示：圖16光電流測(cè)試電流原理圖3.5USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊的硬件設(shè)計(jì)CAN總線為多主的方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點(diǎn)信息。USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是用于將適用USB的外圍設(shè)備連接到主機(jī)的外部總線結(jié)構(gòu)，USB同時(shí)又是一種通信協(xié)議[11]，它支持主系統(tǒng)(host)和USB的外圍設(shè)備(device)之間的數(shù)據(jù)傳輸。它是由單片機(jī)、CAN控制芯片、CAN驅(qū)動(dòng)芯片、USB接口轉(zhuǎn)換芯片組成的一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)具有兩個(gè)對(duì)外的CAN接口和一個(gè)USB接口[12]。其中SJAl000為CAN控制器，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行正確的初始化后，通過訪問其內(nèi)部寄存器實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN的操作。SJAl000可以完成CAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有協(xié)議功能，它和光電隔離電路以及CAN驅(qū)動(dòng)器82C250構(gòu)成了與CAN相連的通道。SJAl000的內(nèi)部集成了地址鎖存器，其數(shù)據(jù)地址總線可以直接與51系列單片機(jī)的P0口相連。在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩組CAN接口，可以連接不同的CAN網(wǎng)絡(luò)。P2端口的任兩位可作為CAN控制器SJAl000的片選線。單片機(jī)的中斷0(INT0)、中斷1(INTl)分別連至兩個(gè)CAN控制器SJA1000的中斷位。這樣，單片機(jī)就可采用中斷方式實(shí)現(xiàn)與SJAl000的報(bào)文交換。單片機(jī)采用AT89C51，該單片機(jī)內(nèi)部集成有4K的程序存儲(chǔ)器，不必再通過地址鎖存芯片擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，從而減小了轉(zhuǎn)換模塊的體積。89C51單片機(jī)本身集成有通用串行通信接口，具有4種工作方式，其中兩種可用于可變波特率的串行通信，分別對(duì)應(yīng)有無奇偶校驗(yàn)位的8位數(shù)據(jù)傳輸。由于89C51單片機(jī)的串行通信接口的輸入、輸出電平與USB接口的標(biāo)準(zhǔn)電平不一致，中間須通過USB轉(zhuǎn)換芯片，CH372。USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊的硬件結(jié)構(gòu)如圖17所示。圖17USB—CAN通信轉(zhuǎn)換模塊的硬件電路圖3.6CH372的介紹CH372是一種USB總線的通用設(shè)備接口芯片。與其他的USB接口芯片相比，該芯片具有接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，編程使用方便等優(yōu)點(diǎn)。CH372具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可方便地掛接到單片機(jī)或DSP等控制器的系統(tǒng)總線上。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CH372的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔、易用的操作接口，與本地端的單片機(jī)通信如同讀/寫文件一樣。CH372內(nèi)置了USB通信中的底層協(xié)議[13]，具有內(nèi)置固件模式和外置固件模式。在內(nèi)置固件模式下，CH372自動(dòng)處理默認(rèn)端點(diǎn)0的所有事務(wù)，完成標(biāo)準(zhǔn)的USB枚舉配置過程，而本地單片機(jī)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換。在外置固件模式下，由外部單片機(jī)或DSP根據(jù)需要自行處理各種USB請(qǐng)求，從而可以實(shí)現(xiàn)符合各種USB類規(guī)范的設(shè)備。CH372提供了一對(duì)主端點(diǎn)和一對(duì)輔助端點(diǎn)，支持控制傳輸、批量和中斷傳輸。通用Windows驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)備級(jí)接口，通過DLL提供API應(yīng)用層接口。CH372的引腳分布圖如圖18所示引腳說明：VCC(20引腳):正電源輸入端，需要外接0.1uF電源退耦電容。GND(18引腳):公共接地端，需要連接USB總線的地線。V3(5引腳):在3.3V電源電壓時(shí)連接VCC輸入外部電源，在5V電源電壓時(shí)外接容量為0.01uF退耦電容。XI(8引腳):晶體振蕩的輸入端，需要外接晶體及振蕩電容。XO(9引腳):晶體振蕩的反相輸出端，需要外接晶體及振蕩電容。圖18CH372的引腳分布圖UD+(6引腳):USB總線的D+數(shù)據(jù)線，內(nèi)置可控的上拉電阻。UD-(7引腳):USB總線的D-數(shù)據(jù)線。D7～D0(17～10引腳):8位雙向數(shù)據(jù)總線，內(nèi)置上拉電阻。RD#(3引腳):讀選通輸入，低電平有效，內(nèi)置上拉電阻。WR#(2引腳):寫選通輸入，低電平有效，內(nèi)置上拉電阻。CS#(19引腳):片選控制輸入，低電平有效，內(nèi)置上拉電阻。INT#(1引腳):中斷請(qǐng)求輸出，低電平有效。A0(4引腳):地址線輸入，區(qū)分命令口與數(shù)據(jù)口，內(nèi)置上拉電阻，當(dāng)A0=1時(shí)可以寫命令，當(dāng)A0=0時(shí)可以讀寫數(shù)據(jù)。4硬件電路設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)4.1USB-CAN轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)為了提高USB-CAN轉(zhuǎn)換器的可靠性和抗干擾能力[14]，可在SJA1000和89C250之間增加光電耦合電路，具體電路如下圖19所示。從而隔離外接設(shè)備帶來的干擾。同時(shí)，為了提高CH372的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)印制電路板（PCB）時(shí)，要特別注意CH372外圍元件的布線。CH372時(shí)鐘信號(hào)不穩(wěn)定通常與PCB布線中GND走線不佳有關(guān)，應(yīng)盡量避免電源、晶振和USB等接地點(diǎn)之間存在電壓差，盡量縮短這些接地點(diǎn)之間的距離，或采用單點(diǎn)接地。為了減少對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的干擾，PCB設(shè)計(jì)時(shí)盡量不在晶振以及振蕩電容附近走線，尤其是不要走繼電器、電動(dòng)機(jī)等帶有瞬時(shí)沖擊電源線和強(qiáng)信號(hào)線；在晶振以及振蕩電容周邊布置GND鋪銅屏蔽干擾；可以將晶體外殼接地（人手碰到外殼會(huì)引入干擾）；或者使用有源晶振等。為了減少對(duì)USB信號(hào)的干擾，USB信號(hào)線D+和D-平行布線，最好在兩側(cè)布置GND鋪銅，以減少干擾。圖19CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路4.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片選取為了采集準(zhǔn)確真空度、色氧源電流、光電流。需要選擇好A/D轉(zhuǎn)換器[15]，本設(shè)計(jì)用的A/D轉(zhuǎn)換器是MAX197。在選擇A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)需要考慮的的主要參數(shù)有：(1)分辨率：是指A/D轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，位數(shù)多分辨率也就越高。(2)轉(zhuǎn)換時(shí)間：指數(shù)字量輸入到完成轉(zhuǎn)換，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定為止所需的時(shí)間。電流型A/D轉(zhuǎn)換較快，一般在幾ns到幾百ns之間。電壓型d/a轉(zhuǎn)換較慢，取決于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間。(3)精度：指A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間的誤差，一般采用數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位。本設(shè)計(jì)用的MAX197具有12位測(cè)量精度的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)于測(cè)量真空度、銫氧源電流可以直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。而光電流需要用到微弱信號(hào)放大器。因此該芯片滿足該設(shè)計(jì)的需要。且轉(zhuǎn)換時(shí)間很短(6ms)，具有8路輸入通道，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口——8位三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分方便。4.3電源選取任何硬件設(shè)備的正常運(yùn)行都離不開系統(tǒng)的供電，電源電路在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)往往需要單獨(dú)加以考慮，它有可能成為影響系統(tǒng)性能甚至運(yùn)行的關(guān)鍵因素。單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)于電源的要求遠(yuǎn)高于其他數(shù)字電路對(duì)電源的要求。這是因?yàn)樵贏/D轉(zhuǎn)換電路中[16]，電源除了需要提供單片機(jī)的供電電壓以外，還需要完成對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器芯片的供電以及提供A/D轉(zhuǎn)換器的電壓基準(zhǔn)。所以對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換電路而言，需要著重進(jìn)行有關(guān)的電源設(shè)計(jì)。本文采用了Maxim公司生產(chǎn)的一款低電壓差線性穩(wěn)壓芯片MAX8875。引腳電路如圖20所示：圖20MAX8875引腳分布圖MAX8875是Maxim公司生產(chǎn)的一款低電壓壓差線性芯片，當(dāng)輸出電壓超出穩(wěn)壓范圍時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；輸出端只需要1μF的小陶瓷電容，就可以確保負(fù)載高達(dá)150mA電流的穩(wěn)定性；而且具有過熱和短路保護(hù)；電池反接保護(hù)等特點(diǎn)。因此該設(shè)計(jì)采用了MAX8875芯片。結(jié)束語以CAN總線為研究對(duì)象，研究了基于CAN總線的多信息量采集系統(tǒng)。其主要包括：A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)控制，電源模塊，USB-CAN轉(zhuǎn)換模塊。主要完成了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：基于CAN總線的多信息量采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，系統(tǒng)硬件采集電路和軟件系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空度，銫氧源電流，光電流的采集，并通