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请求数据传送引脚
8
CTS
清除数据传送引脚
9
RI
振铃信号引脚
第二章元器件介绍与分析
2.1CAN控制器芯片SJA1000介绍及特性分析
SJA1000是一种独立控制器,用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。
它是PHILIPS半导体PCA82C200CAN控制器的替代产品,而且它增加了一种新的工作模式PeliCAN,这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议〔久此次设计采用的是PeliCAN工作模式。
SJA1000具有如下特性:
1)和PCA82C200独立CAN控制器引脚兼容;
2)具有PeliCAN模式;
3)支持CAN2.0A和CAN2.0B协,议;
4)支持11位和29为标志符;
5)通信速率可达1Mbps;
6)最高达24MHz的时钟频率;
7)支持不同的处理器接口;
8)可编程的CAN输出驱动器配置;
9)有扩展的接收缓冲器64B(FIFO)⑷。
PeliCAN模式下增强的功能如表2T所示:
表2-1PeliCAN模式下增强的功能7
CAN2.0B(active)
CAN2.0Bactive支持带有29位标识符的网络扩展应用
发送缓冲器
有11位或29位标识符的报文的单报文发送缓冲器
增强的验收滤波器
两个验收滤波器模式支持11位和29位标识符的滤波
可读的错误计数器
支持错误分析在原型阶段和在正常操作期间可用于:
诊断、系统维护、系统优化
可编程的出错警告界限
错误代码捕捉寄存器
出错中断
仲裁丧失捕捉中断
支持系统优化包括报文延迟时间的分析
单次发送
使软件命令最小化和允许快速重载发送缓冲器
仅听模式
SJA1OOO能够作为一个认可的CAN监控器操作,可以分析CAN总线通信或进行自动位速率检测
自测试模式
支持全部CAN节点的功能自测试或在一个系统内的自接收
SJA1000管脚如图2-1所示:
图2-1SJA1OOO管脚图
SJA1OOO内部结构如图2-2所示:
图2-2SJA1OOO内部结构图
SJA1000的引脚功能如表2-2所示:
表2-2SJA1000引脚说明9
vJt
弓1脚
说明
AD7-AD0
2、1、28-23
多路地址/数据总线
ALE/AS
ALE输入信号(Intel模式),AS输入信号(Motorola模式)
/CS
片选输入,低电平允许访问SJA1000。
(/RD)/E
微控制器的/RD信号(Intel模式)或E使能信号(Motorola模式)。
AVR
微控制器(CPU)的/WR信号Intel模式或RD//WR信号
Motorola模式
CLKOUT
SJA1000产生的提供给微控制器的时钟输出信号。
时钟信号来源于内部振荡器,且通过编程驱动时钟。
控制寄存器的时钟关闭位可禁止该引脚。
VSS1
逻辑地
XTALk
XTAL2
9、10
外部晶振接入端
Mode
11
模式选择输入。
1=Intel模式、0=Motorola模式。
VDD3
12
输出驱动器的电源端。
TXO、TX1
13、14
CAN输出驱动器的输出端0和输出端1。
VSS3
15
输出驱动器的接地端。
/INT
16
中断输出,用于中断微控制器。
/INT在内部中断寄存器各位都被置位时低电平有效。
/INT是开漏输出,且与系统中的其它/INT是线或的。
此引脚上的低电平可以把IC从睡眠模式中激活。
/RST
17
芯片复位端。
VDD2
18
输入比拟器的电源端。
RXO、RX1
19、20
CAN输入比拟器的输入端。
和输入端lo
VSS2
21
输入比拟器的接地端。
VDD1
22
电源端。
2.2CAN收发驱动器PCA82C250介绍及特性分析
PCA82c250是CAN协议控制器和物理总线之间的接口。
该器件对总线提供差动发送能力并对CAN控制器提供差动接收能力。
它是全世界使用最广泛的CAN收发器。
其主要特性如下:
1)完全符合ISO11898标准;
2)抗瞬间干扰,保护总线;
斜率控制,降低射频干扰;
3)具有差分接收器,抗宽范围的共模干扰,抗电磁干扰;
4)具有热保护;
5)防止电池和地之间的短路;
6)低电流待机模式;
7)未上电的节点对总线无影响;
PCA82c250外部管脚和内部结构图如图2-3、图2-4所示:
图2-3PCA82c250管脚图
02-4PCA82c250内部结构图
PCA82c250的管脚功能如表2-3所示:
表2—3PCA82c250管脚功能10
符号
管脚
功能描述
发送数据输入
地
Vcc
电源电压
接收数据输出
Vref
参考电压输出
CANL
低电平CAN电压输入/输出
CANH
高电平CAN电压输入/输出
Rs
斜率电阻
PCA82c250具有三种工作模式,其工作模式的条件如表2-4所示。
1)高速模式:
管脚8接地。
在此高速工作模式下,发送器输出级晶体管以最快速度导通或截止。
这种模式不采取任何措施限制上升和下降斜率。
用户应使用屏蔽电缆防止射频干扰问题。
2)斜率控制模式:
对于较低速度和较短总线长度,可以使用非屏蔽线或平行线作为总线。
采取措施限制上升和下降斜率降低射频干扰问题。
上升和下降斜率由管脚8接至地的连接电阻进行控制,斜率正比于管脚8的电流输出。
3)准备模式:
管脚8接至高电平,电路进入低电流待机模式。
在此模式下,发送器关闭,接收器转至低电流⑷。
表2-4PCA82c250工作模式
在RS管脚上强制条件
模式
管脚上电压和电流
Vrs>
0.75Vcc
待机模式
-10|1A<
/rs<
10(iA
—10|iA<
—200|iA
斜率控制模式
0.3Vcc<
Vrs<
0.6Vcc
0.3Vcc
高速模式
/rsV—500|iA
2.3光电隔离芯片6N137介绍及特性分析
6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器。
其内部由一个850nm波长AlGaAsLED和一个集成检测器组成。
其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。
它具有温度、电流和电压补偿功能,高的输入输出隔离,LSTTL/TTL兼容,高速(典型为lOMBd),5mA的极小输入电流⑷。
特性如下:
1)转换速率高达lOMBit/s;
2)摆率高达lOkV/ps;
3)扇出系数为8;
4)逻辑电平输出;
5)集电极开路输出;
工作参数:
最大输入电流,低电平:
250|iA;
最大输入电流,高电平:
15mA;
最大允许低电平电压(输出高):
0.8V;
最大允许高电平电压:
Vcc;
最大电源电压输出:
5.5V;
扇出(TTL负载):
8个(最多);
工作温度范围:
-4(TC〜+85。
以
6N137光耦合器的内部结构、管脚如图2-5、2-6所示:
6N137
图2-66N137内部结构图
6N137的内部结构原理如图2-6所示,信号从脚2和脚3输入,发光二极管发光,经片内光通道传到光敏二极管,反向偏置的光敏管光照后导通,经电流-电压转换后送到与门的一个输入端,与门的另一个输入为使能端,当使能端为高时与门输出高电平,经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。
当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时,输出高电平,但这个逻辑高是集电极开路的,可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路图。
6N137光耦合器的真值如表2-5所示:
表2-56N137真值表12
6N137光耦合器真值表
输入电平
EN引脚电平
输出电平
高
低
I1
无关
2.4电平转换芯片MAX232介绍及特性分析MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换
芯片,是最常见的有线通讯协议RS-232的转换芯片。
它使用+5V单电源供电,常用于51单片机、51单片机和嵌入式设备、PC机进行通信。
MAX232主要特点有:
1、
符合所有的RS-232c技术标准。
2、
只需要单一+5V电源供电。
3、
4、
功耗低,典型供电电流5mA。
5、
内部集成2个RS-232C驱动器。
6、
高集成度,片外最低只需4个电容即可工作。
片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力,能够产生+10V和-10V电压V+、V-O
MAX232管脚和内部结构如图2-7、2-8所示:
图2-7MAX232管脚图
图2-8MAX232内部结构图
13
第一局部是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12V和-12V两个电源,提供给RS-232串口电平的需要。
第二局部是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。
8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从11引脚(TUN)、10弓|脚(T2IN)输入转换成RS-232数据从14脚(T1OUT)、7脚(T2OUT)送至!
)电脑DB9插头;
DB9插头的RS-232数据从13引脚(R1IN)、8弓|脚(R2IN)输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚(R1OUT)、9引脚(R2OUT)输出。
第三局部是供电。
15脚GND、16脚Vcc(+5v)叫2.5AT89C51单片机介绍及特性分析
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器⑸。
AT89C51提供以下标准功能:
4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89c51可降至0Hz的静态逻辑操作,并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,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位⑸。
AT89C51外形及引脚排列如图2-9所示:
14
u?
P1.0VCC
Pl.lP0.0(AD0)
Pl.2PO.l(ADl)
Pl.3P0.2(AD2)
Pl.4P0.3(AD3)
Pl.5P0.4(AD4)
Pl.6PO.5(AD5)
Pl.7P0.6(AD6)
RSTP0.7(AD7)
P3.O(RXD)(EAyVPP
P3.1(TXD)(PROG)ALEP3.2(INTO)PSEN
P3.3(INTI)P2.7(A15)
P3.4(T0)P2.6(A14)
P3.5(T1)P2.5(A13)
P3.6(/WR)P2.4(A12)
P3.7(RD)P2.3(A11)
XTAL2P2.2(A10)
XTAL1P2.1(A9)
GNDP2.0(A8)
X
一
S
ih
14_
19
AT89C51
_39
38
37
34
_33
32
36
3_1
30
29
_28
_27
26
24
图2-9AT89C51管脚图
vcc:
供电电压。
GND:
接地。
P0n:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89c51的一些特殊功能口,如表2-6所示:
表2-6P3口备选功能
P3口管脚
备选功能
P3.0
RXD(串行输入口)
3.1系统总体设计17
3.2系统硬件电路详细设计18
3.2.1PCA82C250收发电路设计18
3.2.26N137电路设计19
3.2.3MAX232接口电路设计20
3.2.4SJA1000接口电路设计21
3.2.5AT89C51单片机模块周围电路设计22第四章软件设计24
4.1RS232程序设计24
4.2CAN通信程序设计26第五章实体电路制作和实验29
5.1实体电路的制作26
5.2实验分析30第六章总结与展望31
致谢32参考文献:
33
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
/INTO(外部中断0)
P3.3
/INT1(外部中断1)
P3.4
TO(计时器0外部输入)
P3.5
T1(计时器1外部输入)
P3.6
AVR(外部数据存储器写选通)
P3.7
/RD(外部数据存储器读选通)
P3口编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/(/PROG):
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
(/EA)/VPP:
当/EA保持低电平时,那么在此期间外部程序存储器(OOOOH-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出⑸。
第三章CAN总线与RS232转换接口设计
3.1系统总体设计
本设计采用的单片机为ATMEL公司生产的AT89C51单片机,其作用是初始化CAN控制器SJA1000,并控制它的数据收发等功能,实现串行数据的接收与处理;
CAN控制器选用PHILIPS公司的SJAlOOOo它支持CAN2.0A/B规约,集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,其地址为0x000—OxOFF;
CAN接收器选用PHILIPS公司的PCA82C250,它可以支持110个CAN节点。
其作用是对总线提供差动发送能力并对CAN控制器提供差动接收能力;
光电耦合器采用Technologies公司生产的6N137,其作用是防止串入信号干扰,实现元器件间的电气隔离;
电平转换芯片采用美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片MAX232,它把RS232电平转换到微控制器接口电路的TTL电平。
MAX232把终端设备COM接口的RS-232电平转换为TTL电平后接入AT89c51单片机的串行口,在AT89c51单片机中将串行数据转换为并行数据,然后由单片机的IO端口发送给CAN总线控制器SJA1000,再通过CAN总线接收器PCA82C250把数据送入CAN总线中,完成了RS-232总线到CAN总线的转换。
从CAN总线到RS232总线的转换只要把上述过程反过来即可。
系统总体结构如图3-1所示:
ATC89C51
单片机
「「SJA100。
控制器
PCA82C
250接收
器
<
=>
光耦器
7^
CAN
总线
图3-1系统总体结构框图
系统硬件电路详细设计
硬件电路设计分为:
PCA82c250收发电路设计、6N137电路设计、MAX232接口电路设计、SJA1000与AT89c51单片机接口电路设计、AT89C51单片机模块周围电路设计。
下面是各个电路的详细设计。
3.1.1PCA82c250收发电路设计
PCA82c250是CAN总线收发器,是光电耦合器6N137与CAN总线的接口器件,是对CAN总线以差分方式发送,TXD和RXD引脚分别发送和接收经过驱动后的发送信号和接收信号。
选用PCA82C250是因为SJA1000的信号输出驱动能力比拟低,它驱动不了系统所需节点数。
其次,82C250具有高速和抗瞬间干扰保护总线的能力。
它可以和110个节点相连,当某一个节点掉电时,也不影响总线,可以有效防止电池与地之间发生短路。
设计中为提高数据通信的可靠性和抗干扰性,在CAN总线两端接一个电阻以再接入82C250,电阻的作用是匹备总线阻抗,其阻值与使用的导线有关,这里选用120。
的电阻。
PCA82c250的RS引脚控制82c250的工作模式。
由于系统的数据传输速率较慢,这里选择斜率控制模式,RS引脚接一个47kQ的电阻后再接地。
TXD引脚与光电耦合器发送通道的引脚6相接,RXD引脚与光电耦合器接收通道的引脚3相接。
Vref引脚置空,具体电路如图3-2所示:
图3-2PCA82C250收发电路
3.1.26N137电路设计
6N137高速光电隔离芯片是将电信号先转化为光信号,再转化为电信号。
它可以在传输信号的同时有效抑制尖锋脉冲和各种噪声干扰,提高开关通道信噪比。
6N137光耦合器的使用需要注意两点:
一是6N137光耦合器的第6脚Vo输出电路属于集电极开路电路,必须上拉一个电阻;
二是6N137光耦合器的第2脚和第3脚之间是一个LED,必须串接一个限流电阻⑷。
图3-3的6N137为发送通道,引脚1和4悬空,引脚2接VCC,引脚7和8接VEE,引脚5接地,引脚6与CAN接收器PCA82c250的TXD引脚相接,引脚3通过一个390Q的限流电阻与CAN控制器SJA1000的TX0引脚相接,当TX0为逻辑“1”时,发光二极管不发光,输出三极管截止,TXDout输出高电平;
反之,发光二极管发光输出三极管导通,引脚6被拉到地,TXDout输出低电平,同理可得图作为接收通道的6N137逻辑。
发送通道和接收通道的NC引脚都置空,接收通道各引脚接法不再表达,如图3-4所示:
3-36N137发送通道
图3-46N137接收通道
3.1.3MAX232接口电路设计
RS-232c接口电平采用的是负逻辑电平,即逻辑为-3V〜-15V,逻辑〃0〃为+3V〜+15Vo而CAN总线采用〃显性〃和〃隐性〃两个互补的逻辑值表示〃0〃和〃1〃,它的信号以两线之间的〃差分〃电压形式表现。
因此,MAX232构成的接口转换电路的功能是实现RS232电平与单片机AT89c51串口的TTL电平之间的相互转换⑷。
接口电路如图3-5所示:
MAX232电平转换芯片的Rlout和Tlin弓I脚接AT89C51单片机芯片的RXD引脚和TXD引脚。
而
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