实验十 基于CAN总线的网络式超声波测距仪设计

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微控制器

综合设计与实训

实验名称： 实验十 基于CAN总线的网络式超声波测距仪设计

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实验十：基于CAN总线的网络式超声波测距仪设计

1 实训任务

(1) 配置相关引脚的复用功能，使能和配置定时器外部输入捕捉中断；

(2) 使用超声波模块测距；

(3) 使用DS18B20数字温度传感器采集温度数据。

1．1 实验说明

(1)CAN是Controller Area Network的缩写(以下称为 CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。

(2) 超声波模块简介。本试验超声波模块采用HC-SR04模块。HC-SR04模块工作原理：

a. 采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号；

b. 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

c. 有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2；

本模块使用方法简单，一个控制口发一个10us以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测，即可以达到移动测量的值。

(3)DS18B20数字温度传感器简介。

DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种的“一线总线”接口的温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、适用电压宽、

3 与微处理器接口简单的数字化温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念，测量温度范围为-55~+125℃，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~l2位的数字值读数方式。它工作在3—5.5V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计灵活、方便，设定分辨率及设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。其内部结构如图所示：

图11.1 DS18B20内部结构图

1．2 实验步骤

(1) 配置相关引脚的复用功能，使能和配置定时器外部输入捕捉中断；

(2) 编写CAN通信程序；

(3) 编写液晶显示程序，显示测量距离；

(4) 调用片内温度传感器采集的温度数据，对测量距离进行温度校正；

(5) 编译无误，下载程序至实训平台并调试。

2 程序设计

(1) 配置相关引脚的复用功能，使能CAN时钟。

使能CAN的时钟设置CAN的相关引脚为复用输出，这里需要设置PA11为上拉输入(CAN_RX 引脚)PA12为复用输出(CAN_TX 引脚)，并使能PA口的时钟。使能CAN1时钟的函数是：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能 CAN1

4 时钟

(2) 设置CAN工作模式及波特率等。

在库函数中，提供了函数CAN_Init()用来初始化CAN的工作模式以及波特率，CAN_Init()函数体中，在初始化之前，会设置CAN_MCR寄存器的INRQ为

1让其进入初始化模式，然后初始化CAN_MCR寄存器和CRN_BTR寄存器之后，会设置CAN_MCR寄存器的INRQ为0让其退出初始化模式。所以在调用这个函数的前后不需要再进行初始化模式设置。下面来看看CAN_Init()函数的定义：

uint8_t CAN_Init(CAN_TypeDef* CANx, CAN_InitTypeDef* CAN_InitStruct)；

第一个参数就是CAN标号，这里的芯片只有一个CAN，所以就是CAN1。

第二个参数是CAN初始化结构体指针，结构体类型是CAN_InitTypeDef，下面来看看这个结构体的定义

图11.4 结构体

这个结构体看起来成员变量比较多，实际上参数可以分为两类。前面5个参数是用来设置寄存器CAN_BTR，用来设置模式以及波特率相关的参数，设置模式的参数是CAN_Mode，实验中用到常规模式 CAN_Mode_Normal。其他设置

5 波特率相关的参数CAN_Prescaler，CAN_SJW，CAN_BS1和CAN_BS2分别用来设置波特率分频器，重新同步跳跃宽度以及时间段1和时间段2占用的时间单元数。后面6个成员变量用来设置寄存器CAN_MCR，也就是设置CAN通信相关的控制位。中文参考手册中对这两个寄存器的描述，非常详细。

初始化实例为：

图11.5 初始化

(3) 设置滤波器。

本实验中，将使用滤波器组0，并工作在32位标识符屏蔽位模式下。先设置CAN_FMR的FINIT 位，让过滤器组工作在初始化模式下，然后设置滤波器组0的工作模式以及标识符ID和屏蔽位。最后激活滤波器，并退出滤波器初始化模式。在库函数中，提供了函数CAN_FilterInit ()用来初始化CAN的滤波器相关参数，CAN_Init()函数体中，在初始化之前，会设置CAN_FMR 寄存器的INRQ为INIT让其进入初始化模式，然后初始化CAN滤波器相关的寄存器之后，会设置CAN_FMR寄存器的FINIT为0让其退出初始化模式。所以在调用这个函数的前后不需要再进行初始化模式设置。下面来看看CAN_FilterInit ()函数的定义：

void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct)；

6 这个函数只有一个入口参数就是CAN滤波器初始化结构体指针，结构体类型为

CAN_FilterInitTypeDef，下面看看类型定义：

图11.6 类型定义

结构体一共有9个成员变量，第1个至第4个是用来设置过滤器的32 id以及32位mask id，分别通过2个16位组合。第5个成员CAN_FilterFIFOAssignment用来设置FIFO和过滤器的关联关系，本实验是关联的过滤器0到FIFO0，值为CAN_Filter_FIFO0。第6个成员变量CAN_FilterNumber用来设置初始化的过滤器组，取值范围为0~13。第7个成员变量FilterMode用来设置过滤器组的模式，取值为标识符列表模式CAN_FilterMode_IdList和标识符屏蔽位模式CAN_Filter

Mode_IdMask。第8个成员变量FilterScale用来设置过滤器的位宽为2个16位CAN_FilterScale_16bit还是1个32位CAN_FilterScale_32bit。

第9个成员变量CAN_FilterActivation就很明了了，用来激活该过滤器。过滤器初始化参考实例代码：

7 图11.7 过滤器初始化

至此，CAN就可以开始正常工作了。

完整CAN通信初始化参考代码：

Mode_IdMask

图11.8 CAN通信初始化

8 (4) 发送接受消息

在初始化CAN相关参数以及过滤器之后，接下来就是发送和接收消息了。库函数中提供了发送和接受消息的函数。发送消息的函数是：

uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage)；

这个函数比较好理解，第一个参数是CAN标号，这里使用CAN1。第二个参数是相关消息结构体CanTxMsg指针类型，CanTxMsg结构体的成员变量用来设置标准标识符，扩展标示符，消息类型和消息帧长度等信息。

图11.9 发送消息

接受消息的函数是：

void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg*

RxMessage)；

前面两个参数也比较好理解，CAN标号和FIFO号。第二个参数RxMessage是用来存放接受到的消息信息。结构体CanRxMsg和结构体CanTxMsg比较接近，分别用来定义发送消息和描述接受消息，可以对照着看一下，也比较好理解。

图11.10 接受消息

9 (5) CAN状态获取

对于CAN发送消息的状态，挂起消息数目等等之类的传输状态信息，库函数提供了一些列的函数，包括CAN_TransmitStatus()函数，CAN_MessagePending()函数，CAN_GetFlagStatus()函数等等，可以根据需要来调用。

在can.c文件中只需要编写上述函数即可。

图11.11 can.c文件

至此，can通信模块已经全部处理好了，使用时在主函数中调用即可

(6) 下面进行超声波模块的编写。首先在HARDWARE文件下建立wave.c文件和wave.h文件。在wave.c中进行超声波模块的初始化函数以及测距函数的编写。

超声波初始化：

图11.12 超声波初始化

测距函数：

距离计算：TIM2_Cap_Init(0XFFFF,72-1);//以1Mhz的频率计数，1us计数一次，最大计数周期为65536us

10 图11.13 测距函数

以上语句的作用是得到超声波从发出到返回所用的时间。根据每个人设定的计时器的arr和psc不同，上面的计算方式也不同，目的是得到总的高电平时间。

(7)TFTLCD显示需要的相关设置步骤如下：

1) 设置STM32F1与TFTLCD模块相连接的IO。

这一步，先将TFTLCD模块相连的IO口进行初始化，以便驱动LCD，这里用到的是FSMC，FSMC在下边会有详细讲解。

2)初始化TFTLCD模块。

这里没有硬复位LCD，因为实训平台的LCD接口，将TFTLCD的RST同STM32F1的RET1连接在一起了，只要按下开发板的RET1键，就会对LCD 进行硬复位。初始化序列，就是向LCD控制器写入一系列的设置值（比如伽马校准），这些初始化序列一般LCD供应商会提供给客户，直接使用这些序列即可，不需要深入研究。在初始化之后，LCD才可以正常使用。

3)通过函数将字符和数字显示到TFTLCD模块上。

这一步则通过设置坐标—>写GRAM指令—>写GRAM来实现，但是这个步骤，只是一个点的处理，要显示字符/数字，就必须要多次使用这个步骤，从而达到显示字符/数字的目的，所以需要设计一个函数来实现数字/字符的显示，之后调用该函数，就可以实现数字/字符的显示了。

重点函数使用：

//在指定位置显示一个字符

//x,y:起始坐标