1、文库下载 免费文档下载http:/ C8051F 单片机的 CAN 总线硬件系统设计C8051F 型单片机?测控技术）年第卷第期基于单片机的总线硬件系统设计曹少华，张培仁，王津津，李勇，胡晓柘（中国科学技术大学自动化系安徽合肥）摘要：从分析总线控制系统的设计思路八手，着重讨论设计中的主要问题，采用辅助总线的混合总线结构，选用系列单片机和转桥接器作为控制核?虹，设计了一种多主、多功能的混合式总线监控系统。试验表明：谊系统成功解决了数据侍输瓶颈、数据冲突、同步等一系列问题，具有良好的实时性和稳定性，广泛适用于各类远程大型实时监控网络。关键词：；接；远程监控系统中图分类号：文献标识码：文章编号：（）
2、文库下载 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ ，直接传输距离最远（） ，每条总线可挂接案。设备多达个，特别适用于实时性要求很高的网络。由于通相对于只能采取主从式的多点通信，可以信速率高、开放性好、报文短，纠错能力和扩展能力强以及控制实现真正意义上的多主通信，并且竞争和同步基本上由协议内简单、应用成本低等优点总线已被应用到众多的工业过部解决，设计者只需在此基础上做出进一步设定。就节点数而程监控领域，是公认最有前途的现场总线之一。言，支持个，支持个，而可支持个由于是多主控制，总线系统在http:/ 。数量级） ，并且由硬件完成数据转换成总线串行数据格式，并
3、附加相应的串行控制底层的逻辑功能，由协议完成大部分数据链路层功能，用户只需位。如何保证总线数描传送的一贯性和连续性，并很好地在应用层上设计。与相比，的同步位可以更处理总线与竞争消息，以及上位机数据接口文库下载 免费文档下载http:/ 。男安馘人，在读项士研究生，主要研究方向为嵌八式系兢与控制网络；张培仁（“一）http:/ 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ 作在多主通信方式，可根据具体应用需求任意添加文库下载 免费文档下载http:/ 能强大，大大减少了外围芯片，简化了硬件电路，使最小系统电路体积缩小；并且通过引出的微控制器引脚，可以方便地任意扩展节点功能。电路设计如图所示
4、。它必须能适应各类复杂监控系统的要求，如实时性、低功耗、快速数据处理、集成数模外设功能、集成总线接口还应该集成充足的或供程序、数据存储，以简化电路，提高系统的可靠性。此外，它还要具有低成本和恶劣环境下的适应性。在综合比较了当前业界流行的几款如系列、系列和系列之后，最终选择了的这一系列高性能位单片机。系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（） ，具有与完全兼容的指令内核。由于采用了流水线处理技术不再区分时钟周期和机器周期，大大提高了指令执行效率，使其处理速度不逊于许多位单片机（如） 。在低功耗的同时它还拥有着控制系统所需的丰富模拟、数字外设，大量的外设功能接口，通过交叉开：表分配到个引脚，这一
5、独创性设计使得芯片集成度大大增高。此外，还采用了技术，集成了，实现了真正的在线编程和片上调试”；文库下载 免费文档下载http:/ ；其中总线的竞争处理、接口、同步、数据的一贯性以及连续性保证，都是由硬件来解决，因此得以腾出大量的精力来处理其他的用户功能。以上这些特性，使得成为总线节点微控制器的良好选择。在此分析基础上，分别设计了以下总线节点：总线图通用节点电路结构采用啊公司生产的芯片作为总线收发器，该收发器与引脚兼容，具有http:/ 差分收发能力、高速率传输（） 、高抗电磁干扰、超小封装、低功耗性能，并有种不同工作模式可供选用，与配合使用，可使外围电路更加简洁。作为总线辅助的总线接口电路，
6、采用公司的低功耗、限摆率收发器，通过的两个和个通用引脚来进行收发和控制，可以任意配置成线或线、或者总线。具体硬件电路最小系统硬件电路如图所示，限于篇幅省略了另外一个外围电路。图中的、引脚分别连接的，引脚，前?柏?文库下载 免费文档下载http:/ 譬罡片。船，用来保证输入端常态为高电平，准确检测低电平的出现。此外，在的输人端口、间并联一对方向相文库下载 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ ，成为主机节点与上位机通信的首选。其次，主机节点需要解决两次握手，即机与主机节点的握手通信，主机节点与总线的握手通信。此外。主机节点还需要配有充足的内存，用来缓存大量
7、的上传数据和下传指令，解决数据的冲突问题。和，并在靠近处加一个的上拉电阻用于保证接收端常态为高电平，准确检测起始位低电平。在和输出引脚问并联一个电阻，作为总线的终接电阻，在本节点作总线终端节点时，闭合跳线片，使终接电阻工作。终接电阻值等于传输电缆的特性阻抗，一般取值。的引脚为斜率电阻输入引脚，通过，引脚和跳线片改变加在该引脚上的电压，可以改变收发器工作的方式。由于不仅有控制器，还有大量的存储空问的片内和部的内部，以及外:/ 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ http:/ 设计需要解决的问题路，如图所示。由于只需要用到控制器和两个，其他外设接口无需引出，使得的外围电路更加简洁。
8、本节点采用公司的低功耗 收发器来连接两线制，总线。为了方便，只用简单的连线，即的（） 、（）引脚分别与的、相连。此外，具有挂起和恢复信号支持功能，将它的与引脚连接到的、，并在交叉开关里将后者设为外部中断。这样，当在总线上检测到挂起信号时，将进入挂起模式，文库下载 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ http:/ 简单，集成度高，易扩展，易操作。其中通用节点的设计使具体应用更方便、更灵活；中继器和网关节点的设计可实现超远距离大型监控网络；带接口的主机节点郎插即用，无需额外供电，使用便携式计算机作上位机与之相连，便可随时随地管理跟踪整个系统状态。该控制系统能够方便实现各类工业过程、
9、传感器网络、水利工程等领域的分布式实时监控有着广阔的应用前景。向上位机转发数据，并做出缓存数据以及其他一系列响应动作。本设计中，可由两种方式复位，一种是输出一个复位信号给的引脚，进行软件复位；另一种方式是在程序无法检测到芯片时进行硬件复位。本设计中，针对和分别设计了硬件复位电路。值得注意的是，在复位期间会暂时处于高电平，为确缈的状态，特在引脚加上一个的下拉电阻，以避免这种情况。整个主机节点的电路实现仅为，只有普通参考文献：（史久根，张培仁，阵真勇现场总线系统殴技术北京：国鼠标大小的一半；并且只需一根线与上位机相连，一条线与总线相连，即可实现对整个控制系统的监控。如果使用便携式计算机，还能随时随
10、地跟踪总线状态。文库下载 免费文档下载http:/ 北京：中国电力出版社，通信软件设计作为上位机的基本通信软件，不仅应该提供与机， ， ，口:/ 免费文档下载http:/ 、坚同型电脑平台到各种分布式和插入式系统硬件和软件，专注于工业自动化领域。为客户“一站式自动化采购”提供最佳选择。展览过程中无论是普通观众还是专业观众提出的问题，研华销售及工程师们都给予丁最及时和详实的解答。正如研华企业宣传片中所说的那样“真实值得信赖，通往未来豹路有多远，我们的承诺就有多坚定！” ，研华通过此次高交会再次展示了研华作为全球领先的网络平台（）服务供应商的形圈主机节点一上位机通信软件界面象，研华也将继续为客户提
11、供值得信赖的http:/ 免费文档下载http:/ C8051F 单片机的 CAN 总线硬件系统设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：曹少华， 张培仁， 王津津， 李勇， 胡晓柘， CAO Shao-hua， ZHAGNG Pei-ren， WANGJin-jin， LI Yong， HU Xiao-zhe中国科学技术大学,自动化系,安徽,合肥,230027 测控技术MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY2007，26(11)1 次参考文献(4 条)1.史久根.张培仁.陈真勇 CAN 现场总线系统设技术 20042.鲍可进 C8051F 单片机
12、原理及应用 20063.C8051F04x Data Sheet,Revision 1.4 20044.CP2102 Data Sheet,Revision 1.1 2005相似文献(10 条)1.期刊论文 张恩亮.曹少华.ZHANG En-liang.CAO Shao-hua 基于 CAN 总线监控系统设计 -大坝与安全 2009(2)文库下载 免费文档下载http:/ CAN 总线控制系统的设计思路人手,着重讨论设计中的主要问题,采用 RS-485/422 辅助 CAN 总线的混合总线结构,选用 C8051F 系列单片机和 USB 转 UART 桥接器 CP2102 作为控制核心,设计了一
13、种多主、多功能的混合式总线监控系统.试验表明:该系统成功解决了数据传输瓶颈、数据冲突、同步等一系列问题,具有良好的实时性和稳定性,广泛适用于各类远程大型实时监控网络.2.期刊论文 黄亮亮.朱欣华.HUANG Liang-liang.ZHU Xin-hua 基于实时多任务操作系统COS-的 C8051F 系列单片机应用系统开发 -测控技术 2005,24(9)介绍了 COS-的工作原http:/ 理及 C8051F 系列单片机的特点,讨论了将 COS-移植到 C8051F040 单片机应用系统中的方法.应用系统实现了串口通信及 CAN 通信等任务.3.学位论文 黄亮亮 军车综合电子系统中测控子系
14、统设计研究 2006论文围绕车辆综合电子信息系统中的车辆电子测控系统的设计开展了相应的研究工作，并最终建立了一个车辆电子测控系统模拟实验平台。车辆电子测控系统由测控模块和驾驶终端组成，测控模块主要完成车辆底盘信息的采集、处理、控制，而驾驶终端则是接收信息并对其进行虚拟显示。各测控模块之间以及测控模块和驾驶终端之间均采用(：AN 总线进行网络通信。论文对系统中测控模块的设计、虚拟仪表的显示设计和 CAN 接口卡的设计依次进行了详细的介绍。测控模块选择了系统级芯片 C8051F040 作为硬件核心，并将 COS-实时嵌入式操作系统移植到 C8051F040 芯片上，为测控模块建立了一个实时嵌入式应
15、用平台。虚拟仪表采用了 PC104 主板作为显示终端的硬件平台，在 PC104 上运行 VxWorks 实时嵌入式操作系统，并在 VxWorks 下对虚拟仪表的图形界面进行开发。另外，虚拟仪表中的 PC104 上扩展了一块基于 PCI 的 CAN 接口卡，为该接口卡编写了基于VxWorks 的驱动程序，从而使虚拟仪表能够挂接在 CAN 总线上与测控模块进行通信。系统各部分设计完成后，将测控模块及虚拟仪表文库下载 免费文档下载http:/ CAN 总线连接成系统，构建了车辆测控系统的实验平台，并在此平台上对系统进行了测试。4.期刊论文 王立国.王淑欣.路巍.WANG Li-guo.WANG Sh
16、u-xin.LU Wei 基于 C8051F 的远程多点温度控制系统设计 -自动化技术与应用 2009,28(5)本文设计了一种 C8051F040 单片机作为主控制器,AD590 作为测温元件,CAN 总线作为数据传输线远程多点温度测控系统,并介绍了系统的功能、结构框图,阐述了其硬件和软件的设计与实现.该系统具有测量点多、便于扩展、可靠性高、抗干扰性强等优点.5.期刊论文 杨一敏.张培仁.王津津.丁剑文.YANG Yi-min.ZHAhttp:/ Pei-ren.WANG Jin-jin.DING Jian-wen 基于 C8051F040 的 CAN 总线实时大型监控系统 -自动化与仪表
17、2008,23(7)论述了在设计大型 CAN 总线控制系统时应该注意的问题.并以此为思路,通过分析和解决问题,介绍了 C8051F 系列单片机和 USB 转 UART 桥接器 CP2102 组成的控制核心.成功解决了诸如 MCU内部指令和总线消息的竞争等问题.使得系统的实时性和可靠性大大提高.具备了广泛的应用条件.6.期刊论文 王津津.张培仁.崔军辉.杨一敏.许波.WANG Jin-jin.ZHANG Pei-ren.CUI Jun-hui.YANG Yi-min.XU Bo基于 CAN 总线通信系统实验的设计 -自动化与仪表 2008,23(5)分析了 CAN 总线住仲裁方式的不足与局限性,
18、设计并实现了基于 C8051F 单片机的 CAN 总线通信系统实验.通过改变参与总线竞争的各个节点的延时时间,实现了所有节点公平享用总线的目标,提高了系统的稳定性和实时性,具有广泛的应用前景.7.外文会议 SHEN Jin.LI Yuming.LIU Wei.YANG Yan.CHENG Yanting Design and 文库下载 免费文档下载http:/ of photoncorrelator based on C8051fCorrelation techniques are widely used to extract spectral information from light s
19、cattering and other stochastic processes.Within the photon correlation system, the correlating operation must work at a high speed. In this paper, a photon correlator basedon microcontroller C8051F was developed. In the photon correhttp:/ the work of counting and scratch is completed by the two 4-bi
20、tsbinary adder 74F161, which is connected to form an 8-bits adder., and the correlation operation of every channel is carried out bythe software of C8051F. By probably choosing high speed devices counting of 10ns in width pulses can be counted. The correlationoperations including multiplying and add
21、ition operation of 56 channels with the circulation program within 3 祍 were made in interruptservice routine of the C8051F. The work in this paper can be applied in the ultra-fine particle sizing with photon correlationspectroscopy.随着国家在航空航天领域取得的成就，随着“神五” 、 “神六”的飞行成功，中国在世界航天史上已经具有举足轻重的地位。转台作为航空、航天等领
22、域中进行半实物仿真和测试的关键设备，在飞行器的研制过程中起着极其重要的作用。转台性能的优劣直接关系到仿真和测试试验的可靠性和置信度，是保证航空、航天产品和武器系统精度及性能的基础。因此，转台的研究和制造对航空、航天工业和国防建设的发展具有重要的意义。论文首先分析了三轴伺服转台的机械结构、机械指标、伺服系统机理和技术要求，根据旋转变换理论和拉格朗日方程等数学理论知识并结合相应的物理定律对转台进行了动力学分析，建立了三自由度转台的空间坐标系和动力学理论方程，然后结合执行电机模型和测角系统模http:/ 型等得出了三轴转台的动力学数学模型。其次介绍了伺服系统的概念、动稳态性能以及现代伺服技术的发展情
23、况，并指出了本课题所文库下载 免费文档下载http:/ CAN 总线适配器的三处理器并行采集和处理的单片机系统，并着重对 CAN 总线通信电路进行了设计和调试；在“软”控制器平台中，主要是嵌入了伺服运动的控制算法，比如 PIP 算法、PID 算法以及位置插补算法等等。然后在这两个平台的基础上，给出了“三环”控制电路的硬件设计和控制算法实现流程。再次介绍了 CAN 总线的概念、原理、通信协议、网络构建原理和拓扑结构，简单陈述了 CAN总线系统的设计标准，并详细分析了上位仿真 PC 机 CAN 总线通信适配卡的硬件结构和工作原理，给出了电路中用到的高速光耦 6N137 芯片、CAN 总线收发器 T
24、JA1050 芯片的使用方法和设计思路，在此基础上运用 Protel99se 设计了 CAN 总线通信接口电路。最后是上位仿真计算机的软件监控系统的开发与设计，属于管理层等级，是实现人机对话的平台，这里采用 VB6.0 软件进行开发。采用功能结构化和模块化的设计理念，设计出了仿真系统的监控画面。然后对系统进行了调试与仿真，利用软硬件平台测试了 CAN 总线通信适配卡、PWM 波脉冲输出控制电路，并利用 MATLAB/SIMULINK 和 Powerlib 软件对“三环”伺服控制系统进行了模拟仿真，验证了系统的可行性和优越性。9.期刊论文 刘敏林.刘伯运.吴家明 基于 CAN 总线的船用智能传感
25、器的研制 -中国水运(下半月)2009,9(7)根据工业生产过程自动化对现场总线智能传感器的要求,开发了基于 CAN 总线的高集成化智能传感器.对该传感器的微处理器单元 Cygnal C8051F020、传感器的校正单元进行了重点介绍,并给出该传感器的硬件电路及软件的设计方法.10.会议论文 Liu Guangquan.Zhang Huixin.Qin Li.Wanhttp:/ Min tao The application of CAN interface featuredin C8051F MCU in the data transmission 2009As a field-bus, CAN Bus is an important communication between devices. Its 文库下载 免费文档下载http:/
