总线基于can总线的校园食堂售饭系统的设计

题 目: 基于CAN总线的校园食堂售饭系统院系名称 信息科学与工程学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名 学 号

指导教师 教师职称 副教授

年 月 日

目 次

摘 要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I

Abstract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II

1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1. 1 CAN总线的产生与发展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.2 CAN总线特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

2工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

3硬件部分设计方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

3. 1单片机和MCP2510连接单元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

3.2键盘单元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

3.3七段数码管显示单元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

4 CAN协议资料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

4. 1 CAN传输协议实现方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

4.2 CAN协议引擎. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

4.3 CAN报文帧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

5单片机资料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

5. 1 内部组成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

5.3引脚功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

5.4存储器组织. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

6电源输入部分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

7软件部分设计方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

7. 1程序结构分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

7.2主程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

结 论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

致 谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

附录A:程序清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

1 引言

1 . 1 CAN总线的产生与发展

控制器局部网CANCONTROLLER AREA NETWORK是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网 由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。 随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支并取得了巨大进步。 由于对系统可靠性和灵活性的高要求工业控制系统的发展主要表现为控制面向多元化系统面向分散化即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心将5C技术--COMPUTER

计算机技术、 CONTROL 自动控制技术、 COMMUNICATION 通信技术、 CRT

显示技术和CHANGE 转换技术紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。 典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线FIELDBUS能同时满足过程控制和制造业自动化的需要 因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。 同时 正由于现场总线的标准尚未统一也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网 CAN CONTROLLER AERANETWORK正是在这种背景下应运而生的。由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此 1991年9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了 CAN技术规范VERSION 2.0。该技术规范包括A和B两部分。 2. 0A给出了曾在CAN技术规范版本1. 2中定义的CAN报文格式 能提供11位地址而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式提供29位地址。此后 1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网C AN国际标准 ISO11898 为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。

1 .2 CAN总线特点

CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议它是一种多主总线通信介质可以是双绞线、 同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。

1.2. 1 CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能可完成对通信数据的成帧处理包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

1.2.2 CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成因此可以定义211或229个不同的数据块这种按数据块编码的方式还可使不同的节点同时接收到相同的数据这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。 同时 8个字节不会占用总线时间过长从而保证了通信的实时性。 CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能保证了数据通信的可靠性。 CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计特别适合工业过程监控设备的互连因此越来越受到工业界的重视并已公认为最有前途的现场总线之一。

1.2.3 CAN总线采用了多主竞争式总线结构具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。 CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次 因此可在各节点之间实现自由通信。 CAN总线协议已被国际标准化组织认证技术比较成熟控制的芯片已经商品化性价比高特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。 CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上方便地构成分布式监控系统。

1.2.4结构简单只有2跟线与外部相连并且内部集成了错误探测和管理模块。

1.2.5 CAN的特点如下

CAN(Controller Area Network)总线也称控制器局部网 由于采用了许多新技术及独特的设计 CAN总线与一般的通信总线相比它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点如下 CAN是具有国际标准的现场总线。 CAN为多主工作

方式 网络上任何一个节点均可在任意时刻主动地向 网络上其它节点发送信息而不分主从。 在报文标识符上 CAN上的节点分成不同的优先级可满足不同的实时要求优先级高的数据最多可在134us内得到传输。 CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时优先级低的节点会主动地退出发送而优先级高的节点可以不受影响的继续传输数据从而大大节省了总线冲突的仲裁时间。尤其是网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(以太网则可能) 。 CAN节点只需通过报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。 CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下) 通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m) 。 CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路目前可达110个。在标准帧的报文标识符有11位而在扩展帧的报文标识符(29位)个数几乎不受限制。 报文采用短帧格式传输时间短受干扰概率低保证了数据出错率极低。 CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施具有极好的检错效果。l CAN的通讯介质可以为双绞线、同轴电缆或光纤选择灵活。 CAN节点在错误帧的情况下具有自动关闭输出功能而总线上其它节点的操作不受影响。 CAN总线具有较高的性能价格比。它结构简单器件容易购置每个节点的价格较低而且开发技术容易掌握能充分利用现有的单片机开发工具。 CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上的。不过 由于CAN的数据结构简单又是范围较小的局域网其模型结构只取OSI底层的物理层、数据链路层和应用层3层不需要其他中间层应用层数据直接取自数据链路层或直接向数据链路层写数据。结构层次少利于系统中实时控制信号的传送。

2工作原理

MCP2510是CAN总线协议控制器可以接收数据和发送数据 MCP2510检测CAN总线的数据与接收条件相比较将与接收条件符合的数据接收到数据接收缓冲器中然后将接受缓冲器满标志寄存器标志位置一并且将中断口置位 PIC16F877A单片机检测中断的产生 当中断产生判断是那个中断如果是MCP2510中断则读取MCP2510标志寄存器查看是不是接受中断是则读取MCP2510接收缓冲寄存器。单片机将接收到的数据处理分析数据结构然后显示到显示数码管上。同时MCP2510一直检测数据总线错误并且记录当错误超过计数上限则标识错误寄存器同时产生中断。单片机检测MCP2510发送缓冲器是否为空当为空时检测是否有数据发送有则写数据到MCP2510的发送缓冲器中同时发送标识符到发送缓冲器标识符寄存器中等待数据发送。此设计用运PIC16F877A的端口中断功能实现键盘输入功能。

图2.2系统原理图

3硬件部分设计方案

3. 1单片机和MCP2510连接单元

主连接系统应用PIC16F877A单元和MCP2510完成如图3. 1所示

图3 1 主系统连接图

3.2键盘单元

单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。本设计键盘采用了PIC单片机的端口电平变化中断功能键盘设计在PIC16D877A单片机RB端口 PIC16D877A的RB端口电平变化可以产生中断这样就可以节约键盘一直扫描浪费的时间。并且能更好实现功耗节约。在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中键盘处理程序首先执行等待按键产生中断在中断程序中标记按键按下标记并且处理执行按键处理程序。 当确认有按键按下后下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法一种是常用的逐行扫描查询法 另一种是速度较快的线反转法。对照图3.2示的键盘说明线反转法工作原理。首先辨别键盘中有无键按下有单片机I/O 口向键盘送全扫描字然后读入行线状态来判断。方法是 向行线输出全扫描字00H把全部列线置为高电平然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下 总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下