can總線中繼器設(shè)計(jì)-電路設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　CAN總線中繼器設(shè)計(jì)-電路設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息工程 </p

2、><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　

3、CAN中繼器是網(wǎng)絡(luò)物理層上面的連接設(shè)備。適用于完全相同的兩類網(wǎng)絡(luò)的互連，主要功能是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，來(lái)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x以及增加節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)目，是CAN組網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先簡(jiǎn)要分析了國(guó)內(nèi)外CAN總線中繼器的設(shè)計(jì)，并對(duì)CAN總線的原理進(jìn)行了研究和吸收。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了以LPC2294為主控MCU的中繼器。詳細(xì)闡述了中繼器的硬件組成和工作原理，單獨(dú)設(shè)計(jì)了CAN總線接口電

4、路。由于LPC2294含有4個(gè)CAN接口，所以無(wú)需再設(shè)計(jì)CAN控制器，由MCU執(zhí)行完整的CAN協(xié)議，完成通訊的功能。CAN收發(fā)器則實(shí)現(xiàn)MCU與總線間邏輯電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換?？紤]到驅(qū)動(dòng)及功耗的問題，在兩者之間還添加了三極管，以增大驅(qū)動(dòng)能力。由于LPC2294的使用電源為3.3V以及1.8V，所以本文還介紹了電源部分的設(shè)計(jì)。為了保證數(shù)據(jù)的完整性以及傳送的可靠性，對(duì)于電路還采取了一些抗干擾的措施。此外，還外擴(kuò)了一個(gè)高性能的SRAM，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存

5、儲(chǔ)及快速的轉(zhuǎn)發(fā)。</p><p>　　在理論上，此次設(shè)計(jì)的CAN總線中繼器在使用過(guò)程中可以增加聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，降低網(wǎng)絡(luò)延遲。本文的研究?jī)?nèi)容具有普遍的意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：CAN總線；中繼器；LPC2294</p><p>　　Can bus repeaters design-the circuit design</p>

6、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　CAN Repeaters is a network connection of above the physical equipment. Suitable for exactly the same two kinds of network interconnection, main function is bas

7、ed on the data signals to send or forwarding, to expand the network transmission distance, and increase the maximum number of nodes, is one of the key equipment CAN networking.</p><p>　　This design first bri

8、efly analyzes the domestic and foreign the can bus Repeaters design, and the principle of CAN bus was studied and absorption. On the basis LPC2294 as the controller is designed for the Repeaters MCU. Expounded the Repeat

9、ers hardware and working principle, separate design the CAN bus interface circuit. Because LPC2294 contains four CAN interface, so need not design by MCU CAN controller, perform a complete CAN agreement, complete communi

10、cation function. The can transceiver is</p><p>　　In theory, the design of CAN bus Repeaters in use process CAN increase the number of nodes in the network, the transmission distance prolong the network, redu

11、ce the network delay. This research content is of general significance.</p><p>　　Keywords:CAN bus；Repeater；LPC2294</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b><

12、;/p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來(lái)源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容及方法1</p><p>　　2 CAN總線中繼器的

13、設(shè)計(jì)原理3</p><p>　　2.1 CAN總線的性能特點(diǎn)3</p><p>　　2.2 CAN總線的技術(shù)規(guī)范4</p><p>　　2.3 CAN總線中繼器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀6</p><p><b>　　3總體設(shè)計(jì)方案7</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)功能描述及要求7<

14、/p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)方案8</p><p><b>　　3.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)8</b></p><p>　　3.4芯片的選擇9</p><p>　　4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1 CAN控制電路12</p><p>　　4.2 CAN接口電路13

15、</p><p>　　4.3電源的設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.4 復(fù)位電路15</p><p>　　4.5 UART電路16</p><p>　　4.6其余電路16</p><p>　　4.6.1外部存儲(chǔ)器電路16</p><p>　　4.6.2 LED顯示電路18</p

16、><p>　　4.6.3調(diào)試與測(cè)試電路18</p><p>　　4.7 硬件抗干擾技術(shù)19</p><p><b>　　結(jié)論22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>

17、;　　附錄圖1 硬件設(shè)計(jì)原理圖24</p><p>　　附錄圖2 PCB印制板圖25</p><p>　　附錄3 材料清單26</p><p>　　附錄4 流程圖及程序27</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b&g

18、t;</p><p>　　CAN 作為控制器局域網(wǎng)絡(luò),屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇。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。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì),CAN總線越來(lái)越受到人們的重視及應(yīng)用。例如汽車電子、自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。隨著CAN總線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的擴(kuò)大，2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的直接數(shù)據(jù)傳送難以滿足遠(yuǎn)距離通信要求。并且在使用過(guò)程中因?yàn)榇嬖诳偩€長(zhǎng)度超過(guò)限制、網(wǎng)絡(luò)布線復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)數(shù)超

19、過(guò)限制、節(jié)點(diǎn)協(xié)議不同、需要降低子網(wǎng)負(fù)荷、增加傳輸速率等情況，因此需要CAN總線交換機(jī)來(lái)隔離總線、中繼信號(hào)。根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)合和功能要求有很大的可能需要定制CAN總線協(xié)議和設(shè)備。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　CAN總線是現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。盡管CAN總線有很多優(yōu)點(diǎn)，但是下面兩點(diǎn)卻制約著其發(fā)展：</p>

20、<p>　?。?） 傳輸距離最大只能達(dá)到10Km，而且并不是真正的可靠傳輸;</p><p>　?。?） 節(jié)點(diǎn)數(shù)量最多只能有110個(gè)。</p><p>　　CAN總線一般都是在環(huán)境比較惡劣，控制室與現(xiàn)場(chǎng)比較遠(yuǎn)的場(chǎng)合中使用。尤其是當(dāng)傳輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)時(shí)，由于各種干擾的存在，其數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，總線電壓差值較小是其中主要的原因的緣故之一。為了解決這個(gè)問題，有的人采用升壓，有的人采用降

21、壓等電路，但是因?yàn)槊總€(gè)接收器都得增加一個(gè)調(diào)理電路，這樣實(shí)物的造價(jià)很明顯就上去了，所以這些都是不現(xiàn)實(shí)的。另外，即使升壓了，由于CAN總線技術(shù)規(guī)范中按照仲裁發(fā)送決定了總要遇到由于延遲而形成閉合回路的問題。</p><p>　　為了解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，可以在中間加入CAN總線中繼器。選擇使用合適的MCU能夠及時(shí)處理CAN總線上的數(shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)也變得比較簡(jiǎn)單，不需考慮CAN總線兩邊的數(shù)據(jù)發(fā)送沖突。只要MCU有1K的緩存

22、就可以。這個(gè)設(shè)計(jì)不僅解決了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，而且可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容及方法</p><p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　CAN總線是一種常見的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，通信介質(zhì)選擇廣泛，可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可高達(dá)1MBPS。利用CAN總線中繼器達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸

23、的目的。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下幾部分：</p><p>　　(1)CAN接口電路設(shè)計(jì)；</p><p>　　(2)中繼和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制設(shè)計(jì)；</p><p>　　(3)電源電路設(shè)計(jì)；</p><p>　　(4)遠(yuǎn)程程序下載。</p><p><b>　　研究方法：</b></p><

24、;p>　　(1)本文對(duì)CAN總線的原理進(jìn)行充分的消化和吸收；</p><p>　　(2)運(yùn)用Protel等畫圖工具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路原理圖，并制作PCB印制電路板；</p><p>　　(3)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠布垢蓴_設(shè)計(jì)。</p><p>　　2 CAN總線中繼器的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　2.1 CAN總線的性能特點(diǎn)</p

25、><p>　　CAN總線是一種常見的現(xiàn)場(chǎng)總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維,選擇靈活。由于其高性能、高可靠性、及獨(dú)特的設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，CAN越來(lái)越受到人們的重視。其應(yīng)用范圍廣泛，有汽車行業(yè)、過(guò)程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域[3]。CAN已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并己被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。</p><p>　　CAN屬于總線式串行通信

26、網(wǎng)絡(luò)，由于其采獨(dú)特的設(shè)計(jì)，較高的性能，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。其特點(diǎn)可概括為：</p><p>　　（1）利用CAN 控制器將控制模塊連接到CAN總線上，以此形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)，并且具有仲裁功能和優(yōu)先權(quán)[13]。</p><p>　　（2）由報(bào)文的ID決定是否接收該報(bào)文。</p><p>　?。?）具有傳輸距離較遠(yuǎn)

27、、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　（4）在高噪聲干擾環(huán)境中也可以可靠的工作，因?yàn)樗捎秒p線串行通信方式，大大增加了檢錯(cuò)能力[6]。</p><p>　?。?）采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。</p><p>　?。?) 具有自動(dòng)重發(fā)的功能。當(dāng)發(fā)送的信息遭到破壞后，會(huì)將此信息重新發(fā)送。</p>

28、<p>　?。?）具有自動(dòng)退出總線的功能，有時(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)誤，此功能有效的解決這個(gè)問題[]。 </p><p>　　(8) 報(bào)文不包含源地址和目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示優(yōu)先級(jí)信息和功能信息。</p><p>　?。?）CAN每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。</p><p>　　（10）CAN采用非破壞性總線仲裁技

29、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)高的顧名思義將率先進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，以此往下排，而優(yōu)先級(jí)最低的節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)地退出發(fā)送。從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤情況。</p><p>　?。?1）CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼[17]。</p><p>　　2.2 CAN總線的技術(shù)規(guī)范</p&g

30、t;<p>　　CAN作為應(yīng)用最為廣泛的總線之一，對(duì)于各應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要。為此，1991年 的9月 PHILIPS 制訂并發(fā)布了 CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION 2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括了A和B兩個(gè)部分。2.0A給出了CAN報(bào)文格式的定義，并且能夠能提供11位地址；而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式，提供29位地址[11]。此后，又頒布了ISO11898，給CAN總線的發(fā)展又是錦上添花。</p

31、><p>　　1．CAN的一些基本概念</p><p>　?。?）報(bào)文：報(bào)文作為網(wǎng)絡(luò)中基本的數(shù)據(jù)傳輸，包含了將要發(fā)送的完整的數(shù)據(jù)信息，其長(zhǎng)短可以不同。在傳輸過(guò)程中會(huì)不斷的封裝成分組、包、幀來(lái)傳輸，封裝的方式就是添加一些信息段，那些就是報(bào)文頭。</p><p>　?。?）位填充：一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示,可保證位編碼的最大效率?？墒牵@樣又會(huì)產(chǎn)生很多問題，比如可

32、能會(huì)由于存在太多相同的電平為而失去同步。同步沿采用位填充產(chǎn)生，使得同步性大大提高。其方法為如果出現(xiàn)了五個(gè)連續(xù)的相同位，則在其后添加一個(gè)相反位。在數(shù)據(jù)接收時(shí),刪除這個(gè)相反為。位填充就是讓CAN更加容易的檢查錯(cuò)誤：如果在一幀報(bào)文中出現(xiàn)6個(gè)相同位,CAN就自動(dòng)認(rèn)定為發(fā)生了錯(cuò)誤[8]。</p><p>　　（3）總線檢測(cè)：有時(shí)CAN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)自己發(fā)出的信號(hào)。因此,發(fā)送報(bào)文的站可以觀測(cè)總線的電平并且探測(cè)發(fā)送位和接收

33、位的差異。</p><p>　?。?）位仲裁：由于要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,所以必須將數(shù)據(jù)快速傳送,這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有很高的速度。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),就要求快速地將總線進(jìn)行分配。實(shí)時(shí)處理通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)有很大的不同。一個(gè)快速變化的物理量需要更頻繁地傳送數(shù)據(jù)并要求更短的延時(shí)。CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的格式以報(bào)文為單位,報(bào)文的優(yōu)先級(jí)在11位標(biāo)識(shí)符中結(jié)合,具有最低二進(jìn)制數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)符有最高的優(yōu)先級(jí)[1]。這

34、種優(yōu)先級(jí)具有唯一性和確定性，即一旦被系統(tǒng)確立后就無(wú)法再更改。總線讀取中的沖突便可通過(guò)位仲裁來(lái)解決。</p><p>　?。?）幀檢查：所謂幀檢查就是通過(guò)檢查幀的格式與大小來(lái)確定報(bào)文的正確性,主要用于檢查格式上的一些錯(cuò)誤。</p><p>　?。?）循環(huán)冗余檢查：為了確保一幀報(bào)文的準(zhǔn)確性，在其中加入冗余檢查位，這樣就可以保證報(bào)文正確。接收站通過(guò)CRC檢查來(lái)判斷報(bào)文是否出錯(cuò)。 </p&g

35、t;<p>　?。?）數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)：不同于其它總線,CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。但是它可以將發(fā)生的任何數(shù)據(jù)錯(cuò)誤用信號(hào)發(fā)出[15]。</p><p>　　（8）連接：CAN串行通信線路是一條眾多節(jié)點(diǎn)均可被連接的總線，理論上，單元數(shù)目是無(wú)限的，實(shí)際上，節(jié)點(diǎn)總數(shù)受限于延遲時(shí)間和總線的電氣負(fù)載。</p><p>　　CAN協(xié)議可使用五種檢查錯(cuò)誤的方法,其中前三種是根據(jù)報(bào)文的內(nèi)容檢查。

36、 </p><p>　　2 CAN的報(bào)文格式</p><p>　　在總線中傳送的報(bào)文,每幀由7個(gè)部分組成。CAN協(xié)議有兩種報(bào)文格式,它們的區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)短不同,標(biāo)準(zhǔn)格式為11位,擴(kuò)展格式為29位[19]。在標(biāo)準(zhǔn)格式中,報(bào)文的第一位稱為幀起始,接下來(lái)是由11位標(biāo)識(shí)符與遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位 (RTR)組成的仲裁場(chǎng)。RTR位的作用是標(biāo)明數(shù)據(jù)幀還是請(qǐng)求幀,在請(qǐng)求幀中不包括數(shù)據(jù)字節(jié)。 　</p&

37、gt;<p>　　控制場(chǎng)由標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位(IDE)及一個(gè)保留位 (ro)組成,其中前者的作用是之處其格式為標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式，后者為留給將來(lái)擴(kuò)展使用[6]。用來(lái)指明數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(DLC)的是最后四個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)場(chǎng)包含有0～8個(gè)字節(jié),其后有一個(gè)用于檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查(CRC)。 　　</p><p>　　應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符組成了應(yīng)答場(chǎng)(ACK)。發(fā)送站以隱性電平(邏輯1)的方式發(fā)送這兩位,

38、這時(shí)正確接收?qǐng)?bào)文的接收站發(fā)送主控電平(邏輯0)將它覆蓋掉。使用這種方法的好處是可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)接收站能夠正確的接收到該報(bào)文[16]。 　　</p><p>　　報(bào)文的最后一位由幀結(jié)束標(biāo)出。在相鄰的兩條報(bào)文之間有一個(gè)很短的間隔位,當(dāng)沒有站進(jìn)行總線存取時(shí),總線將處于空閑的狀態(tài)。</p><p><b>　　2 錯(cuò)誤的類型</b></p><p&

39、gt;　　在CAN總線中有5種不同錯(cuò)誤的類型。</p><p>　　位錯(cuò)誤：將總線電平與發(fā)送的位電平進(jìn)行比較，當(dāng)兩者的電平出現(xiàn)不同時(shí)，則表明在該位時(shí)刻，出現(xiàn)了一個(gè)位錯(cuò)誤。</p><p>　?。?）填充錯(cuò)誤：如果在一幀報(bào)文中出現(xiàn)了6個(gè)相同位,CAN就自動(dòng)認(rèn)定為發(fā)生了一個(gè)位填充錯(cuò)誤。</p><p>　?。?）CRC錯(cuò)誤：CRC序列是由發(fā)送器CRC計(jì)算的結(jié)果組成的。如

40、接收器的計(jì)算結(jié)果與接收到的CRC序列不相同，則檢出一個(gè)CRC錯(cuò)誤。</p><p>　　（4）形式錯(cuò)誤：當(dāng)固定形式的位場(chǎng)中出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)非法位時(shí)，則檢出一個(gè)形式錯(cuò)誤。</p><p>　　（5）應(yīng)答錯(cuò)誤：所謂應(yīng)答錯(cuò)誤，顧名思義就是如果發(fā)送站沒有收到接收站明確的應(yīng)答,那么表明幀中出現(xiàn)了錯(cuò)誤,也就是說(shuō),ACK場(chǎng)已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文無(wú)站接收[14]。</p><p>　　

41、2.3 CAN總線中繼器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　其它現(xiàn)場(chǎng)總線相比,CAN總線具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價(jià)比高等。是一種已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。正是這些特點(diǎn)，使得CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)使分布式控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信更加實(shí)時(shí)、可靠。為很多系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。同

42、時(shí)采用CAN總線可以降低網(wǎng)絡(luò)布線的復(fù)雜性，提高可靠性和靈活性。在國(guó)內(nèi)外有不少CAN總線中繼器的設(shè)計(jì)，比如有使用一片MCU加2路CAN控制器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)中繼器；基于獨(dú)立雙CAN控制器的中繼器設(shè)計(jì)；雙MCU的CAN總線中繼器的設(shè)計(jì)。上述方案電路復(fù)雜，MCU與CAN控制器通過(guò)外部總線連接，對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸有一定的延遲，并且降低了傳輸?shù)乃俾?，整體的可靠性與處理速度難以滿足日益發(fā)展的控制網(wǎng)絡(luò)的需求。也有基于ARM7 LPC2119的單芯片CAN總線中

43、繼器設(shè)計(jì)，相對(duì)于其它設(shè)計(jì)，此方案有其突出優(yōu)勢(shì)。不過(guò)LPC2119只有2路內(nèi)置CAN控制器。本設(shè)計(jì)采用的是含有4路內(nèi)置CAN控制器的LPC2294，而且考慮到功耗及驅(qū)動(dòng)問題，利用三極管以增大相關(guān)芯片的驅(qū)動(dòng)能</p><p><b>　　3總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)功能描述及要求</p><p>　　中繼器是連接網(wǎng)絡(luò)線路的

44、一個(gè)重要系統(tǒng)，他的作用類似于物理層的功能，完成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的物理信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器作為最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備之一，如上所述，其職責(zé)就是在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上將按位傳遞信息按位傳遞，但同時(shí)還將信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后調(diào)整放大。通過(guò)此系統(tǒng)延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。再加上干擾和損耗的存在，在線路上傳輸?shù)男盘?hào)功率會(huì)逐漸衰減，衰減到一定程度時(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)失真，最終導(dǎo)致接收錯(cuò)誤。CAN總線中繼器就是為解決這一系列問題而設(shè)計(jì)的。它的主要任務(wù)就是連接完成物理

45、線路，放大衰減的信號(hào)，還原原來(lái)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的功能要實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)復(fù)位、數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)方面。</p><p>　　因?yàn)樵跀?shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中有很多的干擾會(huì)影響到信號(hào)的正常準(zhǔn)確的采集，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中從器件的選擇到電路的設(shè)計(jì)，還有軟件的設(shè)計(jì)中都需要考慮到怎樣減小或消除這些干擾的方法。同時(shí)也要充分考慮到成本的問題。

46、 </p><p><b>　　3.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　系統(tǒng)的工作過(guò)程是：系統(tǒng)上電，電源指示燈亮。當(dāng)總線上有信號(hào)輸入時(shí)，CAN收發(fā)器82C250接收數(shù)據(jù)，相應(yīng)的指示燈亮。在LPC2294的控制下，對(duì)總線上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)再生放大，并保存到外部存儲(chǔ)器IS6

47、1LV51216中。接下來(lái)再將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到其它總線上。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　3.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)</b></p><p>　　(1)設(shè)計(jì)電源時(shí)，必須考慮各方面的因素，比如輸出的電壓、電流、功率；安全因素；電磁干擾；功耗限制；成本限制等。</p>

48、;<p>　　(2)過(guò)程中要充分考慮到各種干擾因素，盡量排除干擾。</p><p>　　(3)還要注意元件的功耗和驅(qū)動(dòng)問題。</p><p><b>　　3.4芯片的選擇</b></p><p>　　CAN接口電路及電源的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的核心，芯片的選擇即要滿足功能的實(shí)現(xiàn)，又要考慮到成本，易用等問題。硬件的設(shè)計(jì)主要用到的有MCU、C

49、AN收發(fā)器、外部SRAM、光電耦合器、復(fù)位電路、DC/DC模塊及相互之間連接設(shè)計(jì)所需器件。本文將對(duì)用到的幾種器件做簡(jiǎn)要的介紹。</p><p><b>　　1.LPC2294</b></p><p>　　本系統(tǒng)應(yīng)用于長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸，周圍環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾很強(qiáng)，所以系統(tǒng)最好使用盡可能少的外圍擴(kuò)展芯片，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，所以要求使用的MCU具有片內(nèi)足夠大的ROM和R

50、AM。LPC2294具有很高的性能價(jià)格比，完全滿足設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的要求，因此在眾多的MCU類型中選取了Philips公司的ARM7系列的LPC2294。</p><p>　　LPC2294是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真與跟蹤的 32 位ARM7TDMI-STM CPU，并帶有256 k 字節(jié)(kB)嵌入的高速 Flash 存儲(chǔ)器。其中128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)能夠使得 32 位代碼在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行[10]

51、。</p><p>　　由于 LPC2294的144 腳封裝、極低的功耗、多個(gè) 32位定時(shí)器、8 路10位 ADC、4路 CAN、PWM 通道以及多達(dá) 9 個(gè)外部中斷使它們特別適用于汽車、工業(yè)控制應(yīng)用。再加上獨(dú)特的內(nèi)置寬范圍的串行通信接口，使得它們也非常適合于協(xié)議轉(zhuǎn)換器、通信網(wǎng)關(guān)、以及其它各種類型的應(yīng)用。它的主要特性有：</p><p>　　（1）內(nèi)置16 kB 靜態(tài) RAM 和 256k

52、B 高速Flash 程序存儲(chǔ)器。；</p><p>　?。?）4個(gè)互連的 CAN 接口，帶有先進(jìn)的驗(yàn)收濾波器。別且內(nèi)置多個(gè)串行接口，包括 2 個(gè) 16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UART、高速 I2C 接口（400 kbit/s）和 2 個(gè) SPI 接口；</p><p>　?。?）通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口可將存儲(chǔ)器配置成 4 組，每組的容量高達(dá) 16Mb，數(shù)據(jù)寬度為 32 位；</p>&

53、lt;p>　?。?）多達(dá) 112 個(gè)通用 I/O 口（可承受 5V 電壓），9 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳；</p><p>　?。?）2 個(gè)低功耗模式：空閑和掉電；</p><p><b>　?。?）雙電源</b></p><p>　　－CPU 操作電壓范圍：1.65～1.95 V(1.8 V±0.15V)</p&g

54、t;<p>　?。璉/O 操作電壓范圍：3.0～3.6 V(3.3 V±10%)</p><p>　　2.通用CAN 收發(fā)器</p><p>　　PCA82C50收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。如ISO11898標(biāo)準(zhǔn)所描述，它可以用高達(dá)1Mbit/s的位速在兩條有差動(dòng)電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)。此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，并且對(duì)CAN 控制器提供差動(dòng)接收

55、能力。</p><p>　　PCA82C250 共有三種不同的工作模式控制，通過(guò) Rs 控制引腳提供：</p><p>　　第一種模式是準(zhǔn)備模式。所謂準(zhǔn)備模式，即在RS上接一個(gè)高電平。在這種模式下，發(fā)送器被關(guān)閉，而接收器轉(zhuǎn)至低電流。若在總線上檢測(cè)到顯性位（差動(dòng)總線電壓 ＞ 0.9V），RXD 將變?yōu)榈碗娖健CU應(yīng)將收發(fā)器轉(zhuǎn)回至正常工作狀態(tài)，以對(duì)此信號(hào)作出響應(yīng)。</p>&l

56、t;p>　　第二種是斜率模式。對(duì)于較低速度或較短總線長(zhǎng)度，可使用非屏蔽雙絞線或平行線作為總線。為了減少電磁輻射，這種模式的輸出轉(zhuǎn)換速度可被故意降低。</p><p>　　第三種是高速模式。在高速工作模式下，不采取任何措施用于限制上升斜率和下降斜率。適合于較長(zhǎng)的總線長(zhǎng)度。</p><p>　　下面是合適的斜率控制電阻 Rext 的阻值：</p><p>　　0

57、<Rext<1.8K 高速模式 VRS<0.3 Vcc</p><p>　　16.5K<Rext<140K 斜率控制模式 10μA<IRS<200μA</p><p>　　在本系統(tǒng)中，使用的是高速模式，Rext選擇為0.2K。</p><p>　　圖2 PCA82C250</p><p>　　其

58、引腳圖如圖2所示它主要特性有：</p><p>　　?（1）可連接 110 個(gè)節(jié)點(diǎn) </p><p>　　?（2）未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響</p><p>　　?（3）完全符合“ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　?。?）熱保護(hù)</b></p><p>　　?（5）防止電池和

59、地之間的發(fā)生短路</p><p>　?。?）具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾，保護(hù)總線能力</p><p>　　?（7）高速率（最高達(dá) 1Mbps）</p><p>　　（8）差分接收器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾（EMI）</p><p>　　低壓差(LDO)穩(wěn)壓器</p><p>　　SPX1117 為一個(gè)低功耗正

60、向電壓調(diào)節(jié)器，經(jīng)常用在一些高效率，小封裝的低功耗設(shè)計(jì)中。這款器件非常適合本設(shè)計(jì)的應(yīng)用。SPX1117 有很低的靜態(tài)電流，在滿負(fù)載時(shí)其低壓差僅為 1.1V。當(dāng)輸出電流減少時(shí)，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。SPX1117 可調(diào)節(jié)，以選擇 1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V 及 5V 的輸出電壓。</p><p>　　圖3 SPX1117</p><p>　　其引腳

61、圖如圖3所示，它的主要特性有：</p><p>　?。?）0.8A穩(wěn)定輸出電流</p><p><b>　　（2）3 端可調(diào)節(jié)</b></p><p><b>　?。?）低靜態(tài)電流</b></p><p>　?。?）8A 時(shí)低壓差為 1.1V</p><p>　?。?）2.2

62、uF 陶瓷電容即可保持穩(wěn)定</p><p><b>　　(6)溫度保護(hù)</b></p><p><b>　　4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 CAN控制電路</p><p>　　LPC2294內(nèi)置4個(gè)CAN控制口，所以可以直接連接CAN收發(fā)器。但由于存在各種干擾，為了保證中繼器的可

63、靠，本設(shè)計(jì)在CAN收發(fā)器與CAN控制器之間添加了光電隔離電路。</p><p>　　LPC2294使用外部11.0592MHz晶振，使得串口波特率更精確，同時(shí)能夠支持ISP下載功能。2組電源供電：3.3V及1.8V。如圖4所示。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　4.2 CAN接口電路</p><

64、p>　　接口電路是CAN 總線網(wǎng)絡(luò)中的重要環(huán)節(jié)，其可靠性與安全性直接影響到整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。如圖5示，CAN接口電路有三部分組成：光電耦合6N137、PCA82C250和DC/DC模塊。LPC2294的CAN控制口的穿行數(shù)出線和穿行輸入線分別通過(guò)光電隔離電路連接到收發(fā)器PCA82C250。收發(fā)器通過(guò)有差動(dòng)發(fā)送和接收功能的兩個(gè)總線終端CANH和CANL連接到總線電纜。</p><p><b>

65、　　圖5</b></p><p>　　PCA82C250作為CAN控制器與物理總線間的接口，即CAN收發(fā)器,可以提高系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力，增大通信距離，同時(shí)可以以增強(qiáng)對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。在CAN 控制器與收發(fā)器之間設(shè)置光電耦合6N137是為了進(jìn)一步增強(qiáng)抗干擾能力，而且可以減少CAN總線有效回路信號(hào)的傳輸延遲時(shí)間。每個(gè)CAN接口均采用帶隔離的DC/DC模塊單獨(dú)供電。本設(shè)計(jì)采用的

66、是IB0505LS芯片，此芯片占線路板空間小，隔離電壓高，耐沖擊性好。</p><p>　　CAN總線網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻，以提高CAN總線節(jié)點(diǎn)的拓?fù)淠芰?。本設(shè)計(jì)使用了分裂終端的方式，使用2個(gè)56Ω電阻匹配屏蔽雙絞線的特性阻抗。考慮到芯片的驅(qū)動(dòng)能力可能不夠，在電路中加入了三極管S9015，以增大驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　4.3電源的設(shè)計(jì)</b>

67、;</p><p>　　電源系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，具體及其重要的地位，如果電源系統(tǒng)處理的好，那么整個(gè)系統(tǒng)的故障往往就減少了一大半。設(shè)計(jì)電源的過(guò)程實(shí)質(zhì)是一個(gè)權(quán)衡的過(guò)程，必須考慮的因素有：輸出的電壓、電流和功率；安全因素；功耗限制；成本限制等。</p><p>　　LPC2294需要2組電源的輸入：3.3V和1.8V。電源的前級(jí)設(shè)計(jì)、末級(jí)設(shè)計(jì)與供給系統(tǒng)的電源輸入相關(guān)。這

68、里假設(shè)輸入為未經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓的9直流電源輸入。從LPC2294的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，其1.8V消耗電流的極限是70mA，其他部分無(wú)需1.8V電壓。這個(gè)系統(tǒng)在3.3V上消耗的電流與外部條件有很大的關(guān)系。因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)兩組電壓的要求比較高，切其功耗不是很大，所以采用低壓差模擬電源（LDO）。合乎技術(shù)的LDO芯片很多，Sipex半導(dǎo)體SPX1117是一個(gè)比較好的選擇，它的性價(jià)比較好。</p><p>　　盡管SPX1117的允許輸入電

69、壓可達(dá)20V，如此高的電壓必然會(huì)導(dǎo)致一些問題的出現(xiàn)，比如說(shuō)散熱問題，芯片的溫度升高，對(duì)于其性能有很大的影響，而且散熱系統(tǒng)也不好設(shè)計(jì)。再考慮到輸如電壓對(duì)輸出電壓的影響，現(xiàn)在將前級(jí)的輸出選擇為5V。原因有兩個(gè)，一個(gè)是這個(gè)電壓滿足SPX1117的要求，二是很多器件還是需要5V供電的。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　如圖6示，首先，由J2電源接

70、口輸入9V直流電源，二極管D1防止電源反接，經(jīng)過(guò)C25，C26濾波，然后通過(guò)78M05將電源穩(wěn)定至5V，再使用SPX1117穩(wěn)壓輸出為3.3V及1.8V電壓。</p><p><b>　　4.4 復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件邏輯歸位到一個(gè)初始狀態(tài)，比如讓寄存器回復(fù)默認(rèn)值等。復(fù)位是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一個(gè)不可或缺部件，和時(shí)鐘系統(tǒng)有著同樣重要的

71、地位。如果一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位電路不可靠，那么將帶來(lái)意想不到的麻煩。</p><p>　　LPC2294有2個(gè)復(fù)位源，外部復(fù)位和看門狗復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的是外部復(fù)位。所謂的外部復(fù)位就是通過(guò)把芯片的RESET引腳拉為低電平使芯片復(fù)位。LPC2294的RESET引腳為施密特觸發(fā)輸入引腳，帶有一個(gè)額外的干擾濾波器。該濾波器可以濾除非常短促的脈沖信號(hào)，使處理器不會(huì)被干擾脈沖意外復(fù)位。</p><p>

72、;　　為了保證任何情況下產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號(hào)，本設(shè)計(jì)使用了專門的復(fù)位芯片—MAX708。MAX708作為一種微處理器監(jiān)控芯片，其復(fù)位信號(hào)可以分為兩種：高電平有效和低電平有效。而且這兩個(gè)信號(hào)可以同時(shí)輸出。復(fù)位信號(hào)可由VCC電壓、手動(dòng)復(fù)位輸入、由獨(dú)立的比較器觸發(fā)三部分組成。</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　如圖7示，當(dāng)復(fù)位鍵S1按下時(shí)，MA

73、X708的REST引腳立即輸出復(fù)位信號(hào)，使LPC2294芯片復(fù)位。</p><p>　　4.5 UART電路</p><p>　　由于系統(tǒng)電源時(shí)3.3V，所以應(yīng)使用MAX3232ECAE進(jìn)行RS232電平轉(zhuǎn)換，MAX3232ECAE是3V工作電源RS232轉(zhuǎn)換芯片。當(dāng)要使用ISP功能時(shí)，將PC的串口與開發(fā)板的CZ1相連，使用UART0進(jìn)行通信。同時(shí)還要把圖4中的J1短接，使ISP的硬件條件

74、（P0.14為低電平）得到滿足。</p><p>　　MAX3232收發(fā)器采用專有的低壓差發(fā)送器輸出級(jí)，利用雙電荷泵在3.0V至5.5V電源供電時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)真正的RS-232性能。器件僅需四個(gè)0.1uF的外部小尺寸極性電容。MMAX3232E確保在120kbps數(shù)據(jù)速率下維持RS-232輸出電平，具有2路接收器和2路驅(qū)動(dòng)器。MAX3232的內(nèi)部電源由兩路穩(wěn)壓型電荷泵組成，只要輸入電壓(VCC)在3.0V至5.5V范

75、圍以內(nèi)，即可提供+5.5V 和-5.5V輸出電壓。本設(shè)計(jì)采用的VCC為3.3V。電路圖如圖8所示。</p><p><b>　　圖8</b></p><p><b>　　4.6其余電路</b></p><p>　　4.6.1外部存儲(chǔ)器電路</p><p>　　IS61LV51216是一個(gè)高速SRAM

76、器件，采用CMOS技術(shù)，存儲(chǔ)容量為512KB，16位數(shù)據(jù)寬度，工作電源是3.3V。它具有極高的讀寫速度，在系統(tǒng)中用作變量/數(shù)據(jù)緩沖，以提高系統(tǒng)的性能。其引腳配置如圖9示。為了方實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，在芯片引腳中設(shè)置了使能輸入CE和數(shù)據(jù)輸出使能輸入OE。對(duì)于數(shù)據(jù)字節(jié)的訪問可由高字節(jié)UB和低字節(jié)LB控制，最后存儲(chǔ)器的寫和讀操作可由低電平有效的寫使能WE控制，</p><p><b>　　圖9</b>

77、</p><p>　　LPC2294在外部存儲(chǔ)器接口Bank0上使用IS61LV51216，所以將J4的1、2短接，使CS0與IS61LV51216的CE連接。LPC2294具有片內(nèi)256KB的高速Flash程序存儲(chǔ)器，將J3的1、2短接，系統(tǒng)復(fù)位后將從片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器啟動(dòng)程序。</p><p>　　存儲(chǔ)器連接使用了16位總線方式，數(shù)據(jù)線使用了D0~D15，地址總線使用了A1~A1

78、8。為了能夠?qū)S61LV51216的字單元進(jìn)行單獨(dú)的字節(jié)操作，要把LPC2294的BLS1、BLS0控制信號(hào)分別連接到UB、LB引腳。</p><p>　　4.6.2 LED顯示電路</p><p>　　為了更好觀察系統(tǒng)運(yùn)行的情況，本設(shè)計(jì)使用了多個(gè)獨(dú)立LED指示燈，采用共陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)方式。其中一個(gè)用于電源的上電指示，如圖6所示。其余LED如下圖10。分別用于顯示CAN接收和發(fā)送的指示。<

79、;/p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　相應(yīng)的I/O口輸出為0時(shí)LED燈點(diǎn)亮，輸出為1時(shí)LED燈熄滅。一般LED的壓降為1.7V，LED點(diǎn)亮?xí)r的電流為:</p><p>　　ILED=(3.3v-1.7v)/0.47k=3.4mA</p><p>　　而LPC2294的Iol最小值為4mA，可以使用I

80、/O直接驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　4.6.3調(diào)試與測(cè)試電路</p><p>　　調(diào)試與測(cè)試系統(tǒng)不是系統(tǒng)運(yùn)行必需的，但現(xiàn)代電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，成本越來(lái)越高，對(duì)于投入生產(chǎn)前的調(diào)試和測(cè)試是很必要的。本設(shè)計(jì)采用ARM公司提出的標(biāo)準(zhǔn)20腳JTAG仿真調(diào)試接口，JTAG信號(hào)的定義與LPC2294的連接如圖11所示。圖中JTAG接口上的信號(hào)nTRST連接到LPC2294芯片的TRST引腳，以達(dá)到LPC

81、2294內(nèi)部JTAG接口電路復(fù)位的目的。</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　如上圖所示，在RTCK引腳接一個(gè)4.7K的下拉電阻，使系統(tǒng)復(fù)位后LPC2294內(nèi)部的JTAG接口使能，這樣就可以直接進(jìn)行JTAG仿真調(diào)試了。</p><p>　　JTAG(Joint Test Action Group ，聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組

82、) 是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試， JTAG 技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測(cè)試電路 TAP （ Test Access Port ，測(cè)試訪問口），通過(guò)專用的 JTAG 測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線： TMS 、TCK 、TDI 、TDO ，分別為測(cè)試模式選擇、測(cè)試時(shí)鐘、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入和測(cè)試數(shù)據(jù)輸出。 </p><p>　　4

83、.7 硬件抗干擾技術(shù)</p><p>　　由于信號(hào)在傳輸中各種干擾避免不了，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)要能滿足各種干擾的要求，但首要一點(diǎn)是能抗電干擾。為了達(dá)到這一目的，經(jīng)常采用一些硬件抗干擾措施。通過(guò)合理的硬件電路設(shè)計(jì)，可以削弱或抑制絕大部分電干擾。在硬件設(shè)計(jì)中，主要采用了濾波技術(shù)光電隔離技術(shù)、濾波技術(shù)、DC/DC變換器以及接地技術(shù)等。</p><p><b>　　1．光電隔離技術(shù) </

84、b></p><p>　　光電隔離是最好的抗傳輸干擾的措施，光電隔離是由光電耦合器來(lái)完成的。</p><p>　　光電耦合器是以光為媒介傳輸信號(hào)的器件，光電耦合部分是在一個(gè)密封的管殼內(nèi)進(jìn)行的，因而不受外界光的干擾。光電耦合器的輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。</p><p><b>　　圖12</b>

85、;</p><p>　　6N137結(jié)構(gòu)原理如圖12所示，工作原理如下：首先信號(hào)從Vf+和Vf-輸入，產(chǎn)生壓差，電流流過(guò)二極管，使它發(fā)光。利用片內(nèi)專有的光通道傳到光敏二極管，光照后就可以導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端有效時(shí)與門輸出高電平，再經(jīng)過(guò)輸出三極管反向后輸出低電平。</p><p><b>　　2．濾波技術(shù)</b>

86、</p><p>　　濾波是為了抑制噪聲干擾，在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。為了抑制這種干擾，在電路中適當(dāng)配置去耦電容。在每個(gè)電源線與地線之間接電容，接的電容為一個(gè)的0.1uF電容或一個(gè)10uF的電容。此外，在CANH和CANL與接地之間并聯(lián)一個(gè)小電容，用于濾除總線上的高頻干擾，同時(shí)也起到一定的防電防磁輻射作用。</p>

87、<p>　　3.DC/DC變換器</p><p>　　如圖4.2所示，四路CAN控制器接口均采用帶隔離的DC/DC模塊單獨(dú)供電。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了四路CAN接口之間的電氣隔離，增加了CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，也實(shí)現(xiàn)了CAN中繼器與總線之間的隔離。同時(shí)切斷了系統(tǒng)電源的干擾，使系統(tǒng)真正與外界隔離，抑制了干擾的串入。本設(shè)計(jì)采用IB0505LS芯片作為DC/DC轉(zhuǎn)換器。其引腳圖如13所示，具有以下特點(diǎn)：</

88、p><p>　?。?）高效率，高可靠性</p><p>　　（2）高精度，靠穩(wěn)定性</p><p>　　（3）體積特別小，功率密度大，占線路板空間小</p><p><b>　?。?）輸出短路保護(hù)</b></p><p>　　（5）隔離電壓好，耐沖擊性好</p><p>　　（

89、6）溫升低，自然空冷，無(wú)需外加散熱片</p><p><b>　　圖13</b></p><p><b>　　接地技術(shù)</b></p><p>　　如圖5所示，DC/DC兩端采用不同的接地方式，并且CAN接口電路的接地與DC/DC輸出段的接地相同，而四路CAN口的接地也采用不同的方式。采取不同的接地同樣可以抑制外界的干擾。

90、</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　電子產(chǎn)品需要在越來(lái)越嚴(yán)峻的環(huán)境中工作，這是一個(gè)普遍的趨勢(shì)。CAN中繼器的使用環(huán)境也不例外。在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中，有溫度的干擾，有噪聲的干擾等等。因此對(duì)于中繼器的的性能有很大的要求，對(duì)于通訊的可靠性及穩(wěn)定性也很關(guān)注。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過(guò)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成了信號(hào)的復(fù)制、調(diào)整和放大功能等功能，同時(shí)延

91、長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。對(duì)于傳輸過(guò)程中可能產(chǎn)生的干擾也進(jìn)行了盡可能的排除。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)工作完成了系統(tǒng)所要求的功能。硬件部分以ARM7系列LPC2294和CAN收發(fā)器PCA82C250為核心的單片機(jī)系統(tǒng)及其外圍電路。其外圍電路包括：電源的設(shè)計(jì)、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)、與計(jì)算機(jī)相連的UART串口電路、CAN接口電路、外部存儲(chǔ)器電路以及LED顯示電路。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫，主要包含

92、CAN的初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文的接收等程序。該設(shè)計(jì)方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，處理速度快，性價(jià)比高等特點(diǎn)。</p><p>　　通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我對(duì)ARM技術(shù)和CAN總線技術(shù)有了更深入的理解，體會(huì)了設(shè)計(jì)者的思想，提高了獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。但由于是第一次這么完整的設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，再加上能力有限，本設(shè)計(jì)中存在的缺陷和不足之處在所難免，對(duì)于系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問題并不能完全的考慮清楚。</p><p

93、><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].羅勇進(jìn),基于CAN總線的航天器用電充電控制系統(tǒng)[D]. 上海交通大學(xué),2004.</p><p>　　[2]王曉東,基于嵌入式S3C2410X微處理器的只能家居控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京工商大學(xué)，2007. </p><p>　　[3]韓兆運(yùn)，基于CAN總線的車身控制系統(tǒng)應(yīng)用

94、研究.</p><p>　　[4].張維勇,時(shí)偉,王春艷, 星型CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)[J]合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008,(06) .</p><p>　　[5].陽(yáng)憲惠,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用. 北京: 清華大學(xué)出版社, 1999.</p><p>　　[6].鄔寬明,CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 1996.&l

95、t;/p><p>　　[7].邵旻,CAN總線綜述[J]同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào) 2006,(07).</p><p>　　[8]苑良，嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2008.</p><p>　　[9].張白雯,黃鐘瑛,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與VxD.廈門大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[10].張亮. 基于ARM和

96、µC/OS-Ⅱ的多通道高精度溫度檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用.河南大學(xué).2007.</p><p>　　[11].饒運(yùn)濤, 鄒繼軍 ,鄭勇蕓. 現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社 2002.</p><p>　　[12].劉光武,現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的軟硬件設(shè)計(jì).電子技術(shù)應(yīng)用,1999.</p><p>　　[13].杜芳，基于CAN總線的樁基深孔精度

97、PID控制，同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2006.</p><p>　　[14].宋磊，CAN總線在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用研究，江蘇大學(xué)，2002.</p><p>　　[15].謝希德, 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) ,大連：大連理工出版社,1996.</p><p>　　[16].田山，基于CANopen協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)主控制器的設(shè)計(jì)[D]；上海交通大學(xué)，2008</p><p

98、>　　[17].王宇;侯朝楨,數(shù)字化操控系統(tǒng)中CAN總線的信息可調(diào)度性分析[A].</p><p>　　[18].張樹春,基于MCX314的運(yùn)動(dòng)控制的研究[D];西南科技大學(xué),2005年.</p><p>　　[19].PCA82C250 CAN controller interface Data Sheet. Philips Semiconductor Corporation, 1

99、997</p><p>　　附錄圖1 硬件設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　附錄圖2 PCB印制板圖</p><p><b>　　附錄3 材料清單</b></p><p>　　附錄4 流程圖及程序</p><p><b>　　主程序代碼：</b></p><

100、p>　　#include "config.h"</p><p>　　#define CONCan1 </p><p>　　#define CONCan2</p><p>　　#define CONCan3</p><p>　　#define CONCan4</p><p>　　int main

101、 (void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　INT8U statue;</p><p>　　InitCAN(CAN1);</p><p>　　InitCAN(CAN2);</p><p>　　InitCAN(CAN3);</p><p>　　

102、InitCAN(CAN4);</p><p>　　ConfigAFReg();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((CANRcvCyBufApp[CAN1].WritePoint!=</p><

103、p>　　CANRcvCyBufApp[CAN1].ReadPoint)|CANRcvCyBufApp[CAN1].FullFlag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PointTemp=CANRcvCyBufApp[CAN1].ReadPoint;</p><p>　　statue=CANSendData(CA

104、N2,NOM,&CANRcvCyBufApp[CAN1].RcvBuf[PointTemp]);</p><p>　　if(statue==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(++CANRcvCyBufApp[CAN1].ReadPoint>=USE_CAN_cycRCV_BUF_SIZE)&l

105、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN1].ReadPoint=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN1].FullFlag=0;</p><p><

106、b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if((CANRcvCyBufApp[CAN2].WritePoint!=</p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN2].ReadPoint)|CANRcvCyBufApp[CAN2].FullFlag)</p>&l

107、t;p><b>　　{</b></p><p>　　PointTemp=CANRcvCyBufApp[CAN2].ReadPoint;</p><p>　　statue=CANSendData(CAN4,NOM,&CANRcvCyBufApp[CAN2].RcvBuf[PointTemp]);</p><p>　　if(statu

108、e==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(++CANRcvCyBufApp[CAN2].ReadPoint>=USE_CAN_cycRCV_BUF_SIZE)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN2

109、].ReadPoint=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN2].FullFlag=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　

110、　if((CANRcvCyBufApp[CAN3].WritePoint!=</p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN1].ReadPoint)|CANRcvCyBufApp[CAN3].FullFlag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PointTemp=CANRcvCyBufApp[CAN3].

111、ReadPoint;</p><p>　　statue=CANSendData(CAN4,NOM,&CANRcvCyBufApp[CAN3].RcvBuf[PointTemp]);</p><p>　　if(statue==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(++CANRcvC

112、yBufApp[CAN3].ReadPoint>=USE_CAN_cycRCV_BUF_SIZE)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN3].ReadPoint=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　CAN

113、RcvCyBufApp[CAN3].FullFlag=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if((CANRcvCyBufApp[CAN4].WritePoint!=</p><p>　　CANRcvCyBufApp[CAN4].R

114、eadPoint)|CANRcvCyBufApp[CAN4].FullFlag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PointTemp=CANRcvCyBufApp[CAN4].ReadPoint;</p><p>　　statue=CANSendData(CAN1,NOM,&CANRcvCyBufApp[CA

115、N4].RcvBuf[PointTemp]);</p><p>　　if(statue==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(++CANRcvCyBufApp[CAN4].ReadPoint>=USE_CAN_cycRCV_BUF_SIZE)</p><p><b>