RS232与CAN总线协议转换器的设计.doc

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1、装订线长 春 大 学 毕业设计（论文）纸RS232与CAN总线协议转换器的设计摘要：目前一种运用于生产的现场的现场总线一现场总线（Field bus），在现场设备和控制之间可以执行双向及串行及多节点的数字通信技术。但现场总线会在协议标准上存在的差异给实践带来一定影响，也影响了总线之间的开放性和互操作性。在这样的情况下，就要用接口转换器使不同的总线之间互联。因此，论文针对传统的RS-232网络与CAN总线网络之间的互联设计出RS-232/CAN与CAN接口转换器。本文说明了CAN总线和RS-232与CAN接口转换器之间的设计和实现。主要从硬件设计和软件设计两个方面进行了论述。首先，对现场总线技术

2、及其要做到的工作进行了简要的介绍，并介绍了CAN总线技术的基本原理以及相关概念。在硬件设计中，采用AT89C51作为微处理器，CAN总线通信接口采用Philips公司的芯片P82C250作为CAN收发器。通过外围的电路设计完成RS-232电平和CAN总线电平信号的改变，对CAN控制器和CAN收发器P82C250的互联。软件设计包括：单片机程序的编写，上位机CAN通讯测试软件的编写。关键字：现场总线，RS-232，协议转换，单片机The design of the RS232 and CAN bus protocol convertersAbstract: At present a kind o

3、f applied to the scene of the production of fieldbus a fieldbus (Field bus), between the Field devices and control can perform bidirectional and serial and multi-node digital communication technology. But the fieldbus exist differences in protocol standards bring certain influence to practice, also

4、affects the bus between the openness and interoperability. In this case, you should use interface converter connected between the different bus. Paper, therefore, in view of the traditional RS - 232 network and CAN bus network interconnection between the design of the RS - 232 / CAN and the CAN inte

5、rface converter.This paper illustrates the CAN bus and RS - 232 and CAN interface converter between the design and implementation. Mainly from two aspects of hardware design and software design are discussed.First of all, the work of field bus technology and its to do a brief introduction, and intro

6、duces the basic principle of CAN bus technology and related concepts.In the hardware design, AT89C51 as the microprocessor, CAN bus communication interface with PhilipsThe companys P82C250 as the CAN transceiver chip. Through the peripheral circuit design to complete the RS - 232 level and CAN bus l

7、evel signal changes, to the CAN controller and CAN transceiver P82C250 interconnection. Software design includes: single chip microcomputer, write superordination machine test software CAN write.Key words: fieldbus, the RS - 232, protocol conversion, single-chip microcomputer 目 录第一章 绪论11.1现场总线的概述11.

8、2现场总线的特点11.3现场总线的现状与意义21.4小结3第2章 CAN总线及串口概述42.1 CAN总线的特点42.2 CAN的报文传送及帧结构52.2.1 报文传送52.2.2 CAN帧结构52.3串口协议标准及应用概述72.4 RS-232概述82.5串口数据收发原理8第三章 接口转换器的硬件设计103.1接口转换器硬件设计的系统架构103.2 CAN控制器的组成103.3 核心控制模块设计113.4 CAN总线接口模块133.4.1 CAN总线控制器SJA1000143.4.2 SJA1000接口电路设计153.4.3 CAN收发器PCA82C250电路设计163.4.4 CAN接口电

9、路设计173.5 RS-232接口电路设计173.6 系统供电电路设计18第四章 软件设计194.1 软件组成及架构194.2 主程序模块194.3 CAN总线通信模块224.4 RS-232接口模块234.5 人机交互程序24第五章 总结255.1 论文总结255.2 后续工作展望25致谢26参考文献27 第一章 绪论 随着控制，计算机，通信，网络技术的发展，信息通信领域的通信正迅速脱离现场至覆盖控制，设备管理的各个层面。信息技术的发展导致自动化系统结构，企业信息系统的改造综合自动化系统的基础上逐步形成。现场总线（Field Bus）符合这种新型的技术，被称为在自动化领域的发展的计算机局域网

10、。 根据国际电工委员会：在制造的过程中或使用中多点控制室之间的数字和串行数据总线现场设备的定义为IEC61158现场总线，以及在自动装置领域。现场总线作为一种开放式的，数字化的，双向的，多站的通信系统，它具有开放性，互连性和互操作性以及自主性，系统的结构及智能化的高分散性技术环境和现场的特点，适应现场设备的功能。因此，它可以节省硬件数量和投资，节省安装成本，节省了维护成本。在现场总线几总线协议，CAN总线协议因为它采用了很多的新技术以及独特的设计，与一般的总线相比，具有更好的可靠性，实时性和灵活性等特点，数据通信已经形成了国际标准，并认为这种总线有非常好的发展前途。RS-232是为了推进改革的

11、公共电话网络通信标准，对于终端设备和数据通信之间的数据，最广泛使用的总线的异步通信标准。由于CAN总线被广泛应用，已经有越来越多的工业设备，CAN总线接口，并在同一时间，许多的RS - 485或RS - 232接口的设备仍在使用。因此，设计RS - 485 - CAN，RS - 232 - CAN，CAN -CAN接口转换器是有道理的。也通过RS-232连接到电脑接口，可知道通信状态和实时的结果，也可以动态地改变每个节点的配置信息。本课题就是在这样的背景下提出的。1.1现场总线的概述现场的总线是一种在现场仪表和控制系统中使用通信的网络，是一种完全分散的、全数字化的、智能化的、双向的、多变量的、

12、多点额、多站的通信网络。现场的总线可用来控制，报警以及发生事情的报告等。现场的总线作为一个低的层次的网络协议，通信的协议基本的要求,响应速度及操作可预测性达到最优化，还允许由上级开始监控以及管理网络，其次还负责文件的传送等其他方面，为智能现场的仪表的引进提供一开放平台。1.2现场总线的特点 现场的总线有明确规定，不同的厂家设备之间应具备互操作性，用户在挑选及增加的新设备时应该具有很高的灵活性，其所选产品一旦符合现场的总线的标准就无论何时都可以加入到已经存在的现场总线的系统，而不再被设备的生产的供应商所约束。现场总线推进传统控制体系的结构产生变化，构成新式的网络集成式全分布控制系统现场总线控制系

13、统FCS（Fieldbus Control System）。这是新一代控制系统，它顺应了控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向。现场总线能够满足过程控制的需求，同时也能满足制造业自动化的需求，于是现在的工业总线的领域中相对较为活跃的一个领域就是现场总线。对现场总线进行探讨和应用已成为工业总线范畴的热门。虽然当前对现场总线进行探讨还并不能提出一个较为完善的建议，但现场总线一个优点就是高性价比，这一优点将吸引众多工业控制系统选用。同时，现场总线准则还不能有一个统一的标准，也令现场总线可以更好的发展，并且还会为现场总线的完善供应更为丰富的依据。1.3现场总线的现状与意义现场所涉及的应用领域非常广

14、泛，几近笼盖了全部持续和离散的工业范畴，如过程控制自动化、制造自动化、智能楼宇自动化等等。因为各个领域的需求都不相同，再就是商业利益的驱使，使得至今尚未完成现场总线统一的标准。当前社会上出现了很多种现场总线的标准，比较常用的有FF、CAN、LonWorks和Profibus等。每一种总线都具其有自己本身的特征，以在不一样的领域构成了其自己的优势。于是，在将来的几年内会出现不同的总线标准同时存在的现象，甚至于在同一个现场的总线的系统内，会呈现出几种不同的总线的标准共存的趋势。 因为现场总线都是安置在恶劣的，危险的环境中，他务必满足产业应用的完成要求，再就是安全性以及可靠性，为了能够满足工业中应用

15、的实时性的要求，有必要去实现不同的总线之间的集成。经过协议的转换器来实现现场的总线集成是对多种总线的同时存在带来系统的集成问题行之有效的解决办法。 现场总线技术使独立的的现场配置，经过现场总线的连接，成为能够彼此沟通讯息、共同完成控制任务的网络体系和控制体系，构成控制功能可以完全下方到现场的分部网络集成式的新型控制系统，达成了基于公开化、标准化、开放式的通讯解决方案。它使控制系统更趋于智能化、分布化，也使网络体系构造更加扁平化、集成化，适应了技术发展的主流方向。 随着计算机、控制、网络、电子等技术的成长，现场总线技术应运而生。现场总线是一种互联现场自动化配置以及控制系统的双向数字协议通信，现场

16、总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，它拥有开放性、可互操作性与互用性、现场配置的智能化与动能自治性和系统构造的高度分散性和对现场环境的适应性等技术特点，使它能够节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护费用。因此，近年来，现场总线技术得到了迅速的发展和应用，给自动化领域带来了前所未有的变化。现场总线的国际标准IEC61158中选用了8种协议的类型，每种总线都有其产生的背景及应用领域，至今标准仍然未完全统一。 在现场总线的几种协议中，CAN总线协议因为选用了很多新的技术及独特的设计，与正常的通信总线相比，该数据通信具备杰出的可靠性、实时性和灵活性等特点，这些均已构成国际标准，并认

17、为这种总线有非常好的发展前途。RS232串行通信是初期拟定的标准主要是为了为促成公共电话网络通信，适用于终端设备和数据通信配置之间的接口，是当前异步通信中应用最广泛的标准总线。因为CAN总线的普遍应用，仍旧有越来越多的产业配置带有CAN总线。于是，所以，RS232/CAN协议转换器的设计是很合理的。可以更加实现灵活方便的对各个通信节点进行控制和等配置功能更具有实际意义。1.4小结这篇文章研究的方针是对RS232总线和CAN总线应用近况进行比较，并针对当前现有的协议转换器中存在的一些问题，策划出一种能使两种总线通讯并加以改进的协议转换器，是广泛应用于工业现场的RS232总线和CAN总线之间能够更

18、好的进行数据转换。在本课题研究过程当中，主要研究实质囊括如下几个方面：（1） 深入分析CAN总线的协议报文的发送、帧的结构，对于总线基本的内容，通信的原理进行了具体的分析，并依据当前CAN总线的实时性的问题局限性，总结地提出了总线的协议在实时性的方面的修改方法。（2） 主控制器为AT89C51，CAN总线的控制器为SJA1000，设计出协议转换器的硬件电路，具体的概括了各个接口模块的设计方案和功能。（3） 阐述了协议的转换器软件体系的设计思想，完成了RS232和CAN两种总线之间的数据通信，并且通过RS232接口与上位机连接，利用人际交互程序完成对CAN总线验收滤波器和RS232网络参数的动态

19、配置。第2章 CAN总线及串口概述2.1 CAN总线的特点 CAN(ControllerAreaNetwork)总线，也称控制器局部网，它是现场总线领域下，一种很不错的支持可分布控制的或实时的控制串行的网络设施。由于它运用大量的新技术以及独到的设计，可以采用CAN总线和常用的通信总线，其数据的通信具有优异的可靠，实时以及灵活性。CAN为多主的工作的形式，网络上的任意一个节点都可以在时候不分主从的自动地向网络上别的节点发送讯息。在报文标识符上，CAN上的节点可以分为有差别的优先级，可满足不同的实时需求，可在134us内得到传输都是优先级高的数据。只需经过报文的标识符滤波便可对CAN节点完成点对点

20、、一点对多点及全局广播等几种形式传递接收数据。CAN的直接通讯距离最远可达10km(速度5kbps以下)；通讯速度最快可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。CAN上的节点数总线驱动电路将会决定CAN上的节点个数，当前最多是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)个数几乎是不受约束的。报文之所以选用短帧的方式，是因为其传输时间短，受干扰几率较低，同时也确保了数据犯错率极低。CAN的每帧讯息都有CRC校验功能及其他检错的设施，具备良好的检错成效。CAN的通信介质可以灵活地选用，它们可以是双绞线可以是同轴电缆或者是光纤。在CAN的节点有错误帧情况下，其拥有主动关

21、闭输出的功能，而不会影响到总线上别的节点操作。CAN总线的性价比很高，它构造单一，容易购买器具，相比较来说它的每一个节点的价格还是很低的，我们可以充分的利用已有的单片机的开发工具，况且开发技巧也很容易掌握。CAN协议是在国际的标准组织的开放型系统的互联模型的基础上建立的。然而，因为CAN数据的结构单一，又是局域网中较小规模的，其模型构造只取底层物理层、以及数据链路层和应用层这3层，不需要其余的中间层，应用层的数据直接从数据链路层或直接从数据链路层提取。结构层次少，便于系统中传递实时控制信号。 CAN属于串行通讯式通信网络，由于大量的新技术以及独特的设计，与一般的通信总线相对照，CAN总线的数据

22、通信拥有杰出的可靠性、实时性和灵活性，因而在一些世界出名的汽车厂商如BENZ、BMW、PROLLS-ROYCE都会采用CAN总线来实现汽车里面的控制系统与各个监测和执行机构之间的数据通信。因为CAN总线自身的特征，已不仅仅限于汽车行业的应用，也开始向机械产业、数控及传感器的领域开始发展，于是对其通讯的格式的标准化也提出了相应的建议。1991年9月飞利浦半导体公司拟定并发布了CAN技术规范。该它包括了A和B两部分。CAN报文标准的格式在2.0A中提出，标准及其扩展的两种格式均在2.0B中给出了。此后，1993年11月ISO正式公布了道路交通运输工具数据信息交换高速通信控制器局域网（CAN）国际标

23、准ISO11898，为标准化及规范化的控制器的局域网开创了一条道路。2.2 CAN的报文传送及帧结构2.2.1 报文传送当数据被发送时，发送消息的单位被称为消息的发送端，该节点处于空闲状态，在总线进入或在仲裁之前丢失前恒为发送器。如果一个节点不是报文发送器，而总线是不空闲状态，那么该节点是接收器。报文发送器和接收器之间有一个区别，这就决定了消息的有效性。对于发送器来说，只要在帧结束末端的最后一位前有错误发生，则对于发送器报文无效。假如报文受到损坏，将允许依照优先权的顺序进行自动重新发送。为了能够与其他的数据进行竞争的总线接入，一旦总线是空闲的，立即重新发送它。而对于接收器来说，只要在帧结束倒数

24、的第二位前有错误发生，则接收器接收的报文无效。通过位的填充规则开始进行编码有帧起始、帧仲裁、控制场、数据场和CRC序列，它们是帧的构成。数据帧以及远程帧两种帧的其余部分使用在一个固定的格式，并且该错误帧和超载帧也固定在一个固定的格式。报文中的位流依照非归零（NRZ）码方式编码，这代表着一个完整位的位电平只能是“显性”或者“隐性”。“0”和“1”在CAN总线上用“显性”和“隐性”两个互补的逻辑值来表示。当在总线上呈现同时发送显性和隐形位时，总线数值均为显性。2.2.2 CAN帧结构报文传输有下列四种不同类型的帧：（1）数据帧：数据帧把数据从发送器发送到接收器；（2）远程帧：用以请求发送拥有同样标

25、识符的数据帧；（3）错误帧：由检测出总线错误的任何单位发送；（4）过载帧：用于供应目前和后续数据帧之间的附加延迟，它们与前面的帧用帧间间隔来隔离。数据帧和远程帧能够运用标准帧和扩展帧2种格式，它们用一个帧间间隔与前面的帧隔开。（1） 数据帧 数据帧由7个有差别位场构成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束构成。数据场长度为零。报文的数据帧结构如下图所示：图2.1 报文的数据帧结构图 （2）远程帧作为数据接收器的站传递他们各自的数据时，通过发送远程帧能够启动其资源节点。远程帧也有两种格式，分别是标准格式及扩展格式，它由以下几个位域组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答

26、场和帧结束。与数据帧不同的是，远程帧的RTR位是隐形的。它没有一个数据字段，所以数据长度码的值没有任何意义（在8到0的范围内能够标记任何值）。远程帧结构如下图所示：图2.2 远程帧结构图（3） 错误帧错误帧由两个不同的场组成。结构图如下：图2.3 错误帧结构图第一个场是不同站提供的错误标志叠加；第二个场是错误界定符。一个“错误”节点总线具有至少一个3位定时总线空闲时间（当接收机的“错误识别”有局部错误时）。因此，总线的负荷不应为100%。（4） 过载帧过载帧有两个场：过载标志以及过载界定符，其结构图如下：图2.4 过载帧结构图1. 过载标志过载标志由六个显性位构成。因为间歇场固定的格式被它损坏

27、了，所以，过载条件会被所有其他的站都检测到，并与此同时发出过载的标志。假如一个位被解释成为帧起始，那么它在第三个位检测出的位一定是显性位。2. 过载界定符过载界定符包括8个隐形位。过载标志被传送后，在被检查到某一位从显性位到隐形位的跳变之后，站就不再监视总线了。在这一时刻，总线上的每个站都完成了各自过载标志的发送，其它7个隐形位也在此时开始发送。（5） 帧间空间帧间空间将数据帧（或远程帧）与其帧的前面分隔开，前一帧是任何类型都可以。而过载帧和错误帧以前没有帧间空间，过载帧之间亦不是由帧间空间隔离的。帧间空间包括“间歇”、“总线空闲”位域。框架空间结构如下图所示：图2.5帧间空间的结构图2.3串

28、口协议标准及应用概述串行数据接口标准有很多种，是由电子工业协会(EIA)在早期拟定并发布的，命名为EIA-232-E在1962年发布。作为工业标准，是为了保障不同厂家生产的产品可以更好地兼容。为了弥补RS-232的不足，通过改善才出现了RS-422。RS422定义了一种平衡通信接口，将传输的速度提高到10Mb/s，传输的距离延伸到4000英尺（速度低于100kb/s时）是为了弥补通讯距离短、速度低的弊端，并容许在一条平衡总线上连接至多10个接收器。在1983年，为了扩展应用范畴在RS-422的基础上制定了RS-485标准，增添了多点、双向通信能力，即在一条线上可以连接许多个发送器，为了扩大的总

29、线共模范围，同时增添了发送器ID驱动能力和冲突保护特性，后命名为TIA/EIA-485-A标准。因为EIA提出的建议标准都是以“RS”当做前缀，因此在通信工业领域，仍旧习惯将上述标准以RS作前缀称谓。RS-232、RS422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不触及插接件、电缆、协议，建立自身的高层通信协议可以由用户自己决定。因此在视屏界的应用中，很多厂家都公开或厂家独家使用其自身建立的一套高层通信协议。2.4 RS-232概述当前在PC机与通讯工业中，RS-232是应用最为广泛的一种串行接口。RS-232选择不平衡传输形式，即所谓单端通信。标准的RS-232信号波动于正负之间的电

30、平。传输数据时，发送端驱动器输出一个正电平在+5 +15V，和负电平是在-5 - 15V电平信号。若线上为TTL电平，此时没有数据传输，传送数据从开始到结束的过程中，线上电平从TTL电平到232电平再返回TTL电平。典型的操作水平的接收器为+ 3 +12 V和-3 -12V。因为收发电平的波动仅为2V至3V左右，因此其共模抑制能力差，再加上双绞线的分布电容，其传输距离最远约为15米，最高速度为20kb/s。RS-232是一个点对点（即只有一对收、发设备）通信而设计的，其驱动负载3 7K。因此本地配置之间的通信RS-232是很适合的。2.5串口数据收发原理数据在微机内部是并行（8、16、32或6

31、4位）且高速传送的，而在数据接收线和数据发送线上是串行且低速（常用9600位/秒）传送。串口部分都配有一个数据缓存区，以便处理内部和外部高速传输之间的矛盾。串口数据收发过程见下图所示：当应用程序发送数据时，串口部分是从FIFO缓冲区接收到的数据，并将最早接收的数据发送至移位寄存器。发送FIFO缓存区通常有316个字节存储空间。在FIFO缓存剩余空间，它允许从应用程序接收数据。在用有剩余的发送FIFO缓冲区的情况下，就将发送移位寄存器空，FIFO缓存区最早的数据将被由发送移位寄存器发送，直到FIFO缓冲区空。外部数据是由数据接收线接收，并转换成并行数据，并存储在接收FIFO缓冲区以供应用程序读取

32、。应用程序的操作必须保证发送FIFO缓存区和接收FIFO缓存区不溢出，否则会丢失数据。第三章 接口转换器的硬件设计3.1接口转换器硬件设计的系统架构本文要求设计一种RS232与CAN总线的协议转换器，于是通过查阅相关文献资料，在硬件结构上把它划分为几个单独的模块。提出一种以单片机为主控芯片，并结合电平转换器、CAN控制器、CAN收发器等功能模块的控制系统，通过对已有资料的研究，现拟采用以下实施方案:为了完成数据的互联通信，实现RS232和CAN总线之间的通信协议转换。在通信过程中为了使系统具有通用性和稳定性，对供电电源、光电隔离等方面进行了设计。其原理如图1所示。图3.1 RS232与CAN总

33、线协议转换器的设计原理图 系统包括主控芯片、电源模块、电平转换器、CAN控制器、CAN收发器、光电隔离装置。其中RS232接口连接到上位机，经过上位机的人机交互软件能够完成对网络节点参数及CAN总线验收滤波器等参数的动态设置；电源模块为主控芯片提供电源；光电隔离的作用是为了让信号传输的更加稳定，防止干扰；CAN总线帧的发送和接收任务通过CAN控制器SJA1000来实现。3.2 CAN控制器的组成CAN控制器有以下几部分组成：（1）接口的管理逻辑：它接受来自单片机的命令，分配控制信息缓存器（发送缓存器（TBF），接受缓存器0（RBF0）和接受缓存器1（RBF1），并由微控制器来提供终端和状态的信

34、息。（2）发送缓存器:TBF：它存贮单位由十个字节构成，存贮由微控制器写入，最终由CAN总线网络的报文接收。（3）接受存储器0和1（RBF0，RBF1）:RBF0、RBF1均由10个字节构成交替存贮的报文从总线接收，当CPU被分配一个缓存器时，另一个可以由位流处理器进行写操作。（4）位流处理器：它指一个能够控制发送的缓存器以及接收的缓存器（并行数据）与CAN总线（串行数据）之间的数据流的序列发生器。（5）位定时逻辑：它将对CAN总线上的位流与SJA1000同步。（6）发送和接收逻辑：它控制输出驱动程序。（7）错误管理逻辑：它按照CAN的协议来完成错误的界定。（8）控制器接口逻辑：它是与外部控制

35、器的借口，SJA1000可与各类型的微控制器直接接口。3.3 核心控制模块设计 本设计中选用的微处理器是MCS-51系列的单片机AT89C51。作为一款高性能CMOS8位单片机，AT89C51片内含4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件选用ATMEL公司的高精度、非易失性存储技术生产，对8051指令系统及引脚可兼容可校准。它集Flash程序存储器即可在线编程也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单芯片中，ATMEL公司的功能强大、廉价，AT89C51由于其性价比较高，可灵活应用于各个领域。主控制模块的功能是处理CAN总线和RS-232接口的数据通信和控制，本设计应用AT

36、89C51实现对转换器的各个接口进行控制，完成CAN总线和RS-232接口这两种协议间数据帧的改变，利用带有SPI的总线接口的X25045来实现硬件的看门狗功能。RS-232接口电路由MAX232芯片组成，完成将单片机串口的TTL电平与RS-232电平之间的相互转变，实现RS-232的接口信息输入以及输出的传输。CAN协议的物理层和数据链路层的协议的转换是通过CAN控制器的模块来实现的。其中物理接口采用PCA82C250芯片来实现物理层的电平的转换和传输。CAN控制器使用SJA1000芯片，实现数据链路层的功能，完成CAN总线的信息的输入与输出的传输。本文用AT89C51作为协议的转换器的控制

37、器，有以下几种标准功能：4k字节Flash闪速存储器，其擦写周期为1000次，三级的加密程序的存储器，内部RAM中有128个字节，32个I/O口线，两个6位定时/计数器，一个5向量的中断结构，一个全双工的串行通信口，片内振荡器及时钟电路。这样，支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但容许RAM、定时/ 计数器、窜行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保留RAM中的内容，但振荡器停止工作并制止全部部件工作直到下一个硬件复位。本文由SJA1000提供单片机运用的晶振信号（SJA1000用24MHz的片外晶振），SJA1000的CLKOUT 引脚接入MCU的XTAL1引脚。因为CA

38、N总线与RS-232接口两种速度不一样，于是本设计中增加了片外RAM芯片6116，用作改变两边的数据缓冲区。设计中使用P2.7接反向器连接6116的片选端，所以接口转换 电路中的片外RAM的起始地址实际上应为0X8000。图3.2 主控制器部分电路图AT89C51片内有128字节的RAM，因为CAN总线速度与RS232接口速率并不相同，于是，本设计中给单片机扩展了一个8Kbytes的片外存储器6264，用作转换双反复的数据缓冲区。AT89C51的P26连接到6264的CS1脚，可以通过P26电评的高低来判断6264芯片是否已经被选中。6264共有13条地址线，扩展它的同时还需要再连接一个地址的

39、锁存器，本论文中选用锁存器的是带有三态缓冲输出的8D锁存器74LS373作为地址锁存器。P27脚与CAN总线控制器SJA1000的/CS相连，用来控制SJA1000的片选。单片机的P0口分别连接到SJA1000的8位地址/数据复用线和6264的地址线上,P00-P07及P20-P24这13条数据线通过74LS373连接到6264上，以实现数据的存储。主控制器的外围电路包括：复位电路，晶振电路，和ISP的下载电路以及连接到P1口的几个通讯的指示灯。（1） 复位电路主控制器选用的是按键复位，上电后的电容C22充电和反电门的功能，使RST能保持高电平并持续一段时间。当单片机已在工作中时，按下复位键S

40、1后松开，也能使RST保持高电平并持续一段时间，从而完成开关复位的操作。电路图如下：（2）晶振电路AT89C51中有一个高增益的反相放大器用来组成内部的振荡器，该放大器的输入及输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2。这个放大器和作为反馈原件的片外石英晶体一起组成了自激振荡器。接在这个放大器反的馈回路中包括外接石英晶体及电容C1，C2组成并联的振荡电路。外接电容C1、C2尽管没有相当严格的要求，振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度和温度稳定性会受到电容容量的大小的影响。（3） ISP在线下载在线系统可编程技术的出现，可以再芯片焊接在电路板之后，通过编程接口进行在线擦除、编程，开发以

41、及升级都非常方便，目前新兴单片机都致力于支持各种的ISP方式。在单片机软件的开发完成之后，将一些程序代码固化在单片机的存储器之中，现在大多数的单片机都有其内置的程序存储器，在一些程序代码不算太大的情况下，内置程序存储器就可以满足这样功能的要求。因此选择某个具有特定数量的内置存储器并且还支持ISP方式编程的单片机可以便于开发。（4） 通信指示灯为了能够随时了解通过协议转换器的两种总线直接的通信状态，本设计中通过微处理器的P10、P11和P12分别连接一个LED，通过LED的亮灭状况可以了解此时通信是不是正常。3.4 CAN总线接口模块3.4.1 CAN总线控制器SJA1000CAN总线是总线型结

42、构的一种，它适合工业现场自动控制的计算机局域网络。在有条理的网络结构中，数据链路层和物理层是保障通信质量非常重要、是不可缺少的部分，亦然是网络协议中最复杂的部分。目前，一些知名半导体公司都会生产CAN控制芯片。其类型一种是和微处理器放在一起的，一种是独立的。在具体情况下，电路设计可以简化，并且在使用中更灵活，可以结合各种类型的单片机，各种标准总线接口，本课题中的CAN总线的控制器选用飞利浦半导体公司生产的独立CAN控制器SJA1000。他作为PCA82C200初期的替代品，与PCA82C200在管脚、电气特性上完全兼容，不单单有基本的CAN模式，同时还加强了CAN工作模式，该模型支持许多新功能

43、CAN2.0B协议。自动实现CAN物理层和数据链路层的封装/拆封、出错检测、串并转化等功能只需通过简单的连接和准确设置SJA1000就可以完成，对于单片机来说只要把它看成一个基本的I/O设备即可，使用简单方便。由接口管理逻辑IML、信息缓冲器、位流处理器BSP、验收滤波器ACF、位时序处理逻辑BTL、错误管理逻辑EML等构成SJA1000。SJA1000内部结构图如下图所示：图3.3 SJA1000内部结构图通过时钟分频寄存器中的CAN模式位来选择SJA1000是在BasicCAN模式下工作还是在PeliCAN模式下工作，复位时默许是BasicCAN模式。在BasicCAN模式下只能够发送和接

44、收标准帧结构的信息，在这种情况下，当检测到CAN总线上有扩展结构信息时，假如信息正确，也会被允许且给出一个确认信号，但没有接收中断信号产生。在PeliCAN模式下，标准格式和扩展格式的信息都能够被发送和接收。3.4.2 SJA1000接口电路设计控制器SJA1000作为CAN接口作为电路中的控制部分与主控制器相连，引脚AD0AD7是和89C51的输出输入引脚P0.0P0.7相接，SJA1000的片选信号脚/CS由89C51的P2.7口控制，SJA1000为低电平片选，P2.7为0时单片机片外存储器地址可选中控制器SJA1000，它通过这些地址就可以对SJA1000执行相应的读写操作。而对于控制

45、器的收发引脚TX0、RX0能和收发器PCA82C250的TXD、RXD接通。中断/ INT输出信号通过中断方式SJA1000与单片机通信连接到AT89C51单片机的INT0端/。经过SJA1000的MODE引脚可选择接口模式Intel模式MODE高；Motorola模式MODE低。本论文中，正好是运用Intel模式，对SJA1000的VDD1VDD3电源输入脚，外接上驱动+5V电压；而VSS1VSS3输出接地。设计中对SJA1000供应12MHz晶振.AT89C51和SJA1000都有单独的晶振电路。有一些资料中指出可以用SJA1000的时钟输出信号CLKOUT来驱动单片机，作为单片机的时钟信

46、号。但这样解决在实践中发现其实不一定靠得住，有时不能驱动单片机工作，但是SJA1000有CLKOUT信号输出。接口电路如图所示：图3.4 SJA1000电路图3.4.3 CAN收发器PCA82C250电路设计Philips半导体公司出产的P82C250是一种通用的CAN收发器，是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，它的设计主要是为了汽车的中高速通讯。此器件为总线供应差动发送能力，为CAN控制器供应差动接收能力。P82C250的引脚功能如下：表1 P82C250引脚功能说明P82C250有3种工作模式：高速模式、斜率控制模式和待机模式。高速模式：它支持的速度和长度都要达到最大。此模式总线的输出

47、信号可以尽可能快地切换，因此一般都可以使用屏蔽总线的电缆。进入高速模式并将RS引脚连接到地电平就可以。斜率控制模式：使用此模式时通常都不会使用可屏蔽的总线电缆。此模式的输出转换速率能够故意降低，以缩小电磁的辐射。该收发器设置为斜坡控制模式时，一个较为合适的电阻适用于遥感引脚之间的地面水平。待机模式：这种模式在电池供电、要求系统功耗很低时使用。当在RS引脚上加一个逻辑高电平则进入待机模式。在待机模式下，一个数据报文可以被发送到激活系统，从而使收发器返回到一个高速或斜坡控制模式。为了让CAN总线节点所受到的干扰降低，CAN收发器P82C250的TXD和RXD是先经过高速光耦6N137后与P82C250相连，并非直接与CAN