can总线电路设计

３－业设木　Ｃｈｉｎａ　ｓｅｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｕｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｃ　ＡＮ总线温度控制器电路设计　欧淼　（北京铁路电气化学校北京１０２２０２）　［摘要］ＣＡＮ总线温度控制器是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从温度检测、信号处理、输入输出接口电路设计对温度进行控制。本文　通过分析ＣＡＮ总线温度控制器，温度传感器电路，Ａ／Ｄ模数转换电路，Ｄ／Ａ数模转换电路，并以８０３１单片机为核心，对整体电路进行设计。　［关键词］ＣＡＮ总线　温度控制器　电路　设计　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）１７—００３６—０１　一　整体框架构思　整个温度控制系统由温度检测模块，温度控制模块，通信模块，单片机与外　围设备等五部分组成。ＣＡＮ总线温度控制器电路设计，需要掌握的内容包括：　信号放大电路的工作原理及应用；８０３１单片机的内部结构，外部引脚的基本知　识；Ａ／Ｄ转换器、Ｄ／Ａ转换器的工作原理；８０３１单片机的应用系统设计及开发　环境的应用。　＝．沮度采集模块　１．温度采集模块电路原理图　温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机　可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送人单片机。在单片机中对信　号进行采样，为进一步提高测量精度，采样后对信号再进行数字滤波。如图２．１：　２．热电偶的简介　传感器温度采集部分采用热电偶元件，通常和显示仪表等配套使用，直接　测量各种生产过程中从一４０－１８００￣２范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体　的表面温度。热电偶工作原理：将两种不同材料的导体或半导体两端焊接起来，　构成—个闭合回路，当两导体之间存在温差时，便产生电动势，在回路中就会形　成一个电流，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。　３．集成运放电路各部分的作用　集成运放电路由四部分组成，输人级是一个双端输入的商陛能差动放大电　阻，要求其融高，Ａｏｄ大，ＫＣＭＲ大，静态电流小，该级的好坏直接影响集成运　放的大多数性能参数，所以更新变化最多。中间级的作用是使集成运放具有较　强的放大能力，故多采用复合管做放大管，以电流源做集电极负载。输出级要求　具有线性范围宽，输出电阻小，非线性失真小等特点。　三．８０３１单片机功能　１．主电源引脚Ｖｓｓ和Ｖｃｃ　（１）Ｖｓｓ接地。　（２）Ｖ　正常操作时为＋５伏电源。　２．外接晶振引脚ＸＴＡＬ１和ＸＴＡＬ２　（１）ＸＴＡＬ１内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。　当采用外部振荡器时，此引脚接地。　（２）Ｘ］１ＡＬ２内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的另一端。当　采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。　３．控制或与其它电源复用引脚ＲＳＴ／ＶＰＤ，ＡＬＥ／ＰＲＯＧ，和ＥＡ／Ｖｐｐ　（１）ＲＳＴ／ＶＰＤ当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平　（由低到高跳变），将使单片机复位。　（２）ＡＬＥ正常操作时为ＡＬＥ－￣（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存　到外部锁存器，ＡＬＥ￣Ｉ脚以不变的频率（振荡器频率的）周期性地发出正脉冲信　号。　（３）外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数　据）期间，在每个机器周期内两次有效。　（４）ＥＡ／Ｖｐｐ为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当ＥＡ／Ｖｐｐ￣　高电平时，访问内部程序存储器，当ＥＡ／Ｖｐｐ￣ｊ低电平时，则访问外部程序存储　器。　四．Ａ／Ｄ转换模块　１．ＡＤＣ０８０９转换器功能　Ａ／Ｄ转换器用于实现模拟量一数字量的转换，ＡＤＣ０８０９转换器中多路开　关可选通８个模拟通道，允许８路模拟量分时输入，共用一个Ａ／Ｄ转换器进行转　图２．１温度采集模块电路原理图　３６　ｌ科技博览　换，这是一种经济的多路数　据采集方法。　２．ＡＤＣ０８０９管脚分析　（１）ＩＮ７～ＩＮ　——模拟　量输入通道。　（２）Ａ、Ｂ、Ｃ——地址　线。通道端口选择线，Ａ为低　地址，ｃ为高地址，引脚图中　为ＡＤＤＡ，ＡＤＤＢ和ＡＤＤＣ。　（３）ＡＬＥ＿—＿地址锁存　允许信号。对应ＡＬＥ上跳　沿，Ａ、Ｂ、Ｃ地址状态送人地　址锁存器中。　（４）ＳＴＡＲＴ——转换启动信号。ＳＴＡＲＴ上升沿时，复位ＡＤＣ０８０９；　ＳＴＡＲＴ下降沿时启动芯片，开始进行Ａ／Ｄ转换｝在Ａ／Ｄ转换期间，ＳＴＡＲＴ应　保持低电平。　（５）Ｄ７～ＤＯ一数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据　线直接相连。ＤＯ为最低位，Ｄ７为最高。　（６）ＯＢ一输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得　到的数据。ＯＥ＝０，输出数据线呈高阻；ＯＥ＝Ｉ，输出转换得到的数据。　（７）ｃＬＫ——时钟信号。ＡＤＣ０８０９的内部没有时钟电路，所需时钟信号由　外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为５００ＫＨｚ的时钟信号。　（８）ＥＯｃ——转换结束信号。ＥＯＣ＝０，正在进行转换ｌＥＯＣ＝Ｉ，转换结束　使　用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。　（９）Ｖｃｃ　＋５Ｖ电源。　（１０）Ｖ　－＿一参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐　次逼近的基准。其典型值为＋５Ｖ（Ｖｒｅｆ（＋）＝＋５Ｖ，Ｖｒｅｆ（一）＝一５ｖ）。　五，Ｄ／Ａ转换模块　１．Ｄ／Ａ转换器件选择　ＤＡＣ０８３２是一个８位Ｄ／Ａ转换器芯片，单电源供电，从＋５Ｖ～＋１５Ｖ均可正　常工作，基准电压的范围为±１０Ｖ，电流建立时间为１７ｓ，ＣＭＯＳ工艺，低功耗　２０ｍｍ。它由１个８位输入寄存器、１＋８位ＤＡＣ寄存器和１个８位Ｄ／Ａ转换器组成。　２　ＤＡＣ０８３２转换器功能　（１）Ｄ７～ＤＯ——转换数据输入。　（２）ｃｓ一片选信号（输入），低电平有效。　（３）ＩＬＥ＿—擞据锁存允许信号（输入），高电平有效。　（４）ｗＲ１——第一写信号（输入），低电平有效。该信号与ＩＬＥ信号共同控制　输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式：当ＩＬＥ＝Ｉ和ＷＲ１＝０时，为输入　寄存器直通方式，当ＩＬＥ＝１和ＷＲ１＝１时，为输入寄存器锁存方式。　（５）ｗＲ２——第二写信号（输入），低电平有效。该信号与ＸＦＥＲ信号合在一　起控制ＤＡＣ寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当ＷＲ２＝０￣ＸＦＥＲ＝０　时，为ＤＡＣ寄存器直通方式｝当ＷＲ２＝Ｉ和ＸＦＥＲ＝Ｏ时，为ＤＡＣ寄存器锁存方　式。　（６）ｘＦＥＲ——数据传送控制信号（输入），低电平有效。　（７）Ｉｏｕｔ１——电流输出“１”。当数据为全“１”时，输出电流最大，为全“０，＇时输　出电流最小。　（８）Ｉｏｕｔ２——电流输出…２’。ＤＡＣ转换器的特性之一是：Ｉｏｕｔｌ＋Ｉｏｕｔ２＝常　数。　（９）Ｒｆｂ一反馈电阻端。既运算放大器的反馈电阻端，电阻（１５Ｋｆ］）已固化　在芯片中。因为ＤＡＣ０８３２是电流输出型Ｄ／Ａ转换器，为得到电压的转换输出，　使用时需在两个电流输出端接运算放大器，Ｒｆｏ￣ｐ为运算放大器的反馈电阻，　运算放大器的接法如图５．１所示。　（１Ｏ）ｖｒｅｆ一基准电压，是外加高精度电压源，与芯片内的电阻网络相连　接，该电压可正可负，范围为一ｌ０ｖ～十ｌ０ｖ。　（１１）ＤＧＮＤ——数字地。　（１２）ＡＧＮＤ——模拟地。　六、电路的完成与功能实现　本文主要介绍单片机温度控制中的应用，把　上几个部分连接到一起就是　整个电路，先是温度采集，然后经过冷端补偿、低通滤波后的信号送给放大器，　中间加入稳压调整电路给Ａ／Ｄ转换器件，输出的信号送８０３１单片机进行处理，　之后把信号送给Ｄ／Ａ转换电路，所输出的模拟信号给执行机构进行检测，实现　温度控制。　参考文献　…１俞承芳．微机系统与接口实验．［Ｍ】．上海：复旦大学出版社，２００５—３：　２９１－３１９．　［２］饶运涛，邹继军，郑勇芸，现场总线ＣＡＮ原理与应用技术【Ｍ】．北京：北　京航空航天大学出版社，２００３：６８－１３４．　［３］沈红卫．基于单片机的智能系统设计与实现【Ｍ】．北京：电子工业出版　社，２００５：５７—８７．　［４】余永权，汪明慧，黄英．单片机在控制系统中的应用［Ｍ】．北京：电子工　业出版社，２００４－２：ｌ８６－２４３．

ＣＡＮ总线接口电路设计　

杨　

（昆明理工大学　晶　

昆明　６５００３１）　

摘要本文介绍了ＣＡＮ总线的主要性能及特点，ＣＡＮ总线在实际工业应用中的总体结构，同时给出了ＣＡＮ总线协议转换器的　硬件设计方法和通信协议。主要研究了ＣＡＮ总线接口电路设计，把所设计的总线接１：３电路由微处理器、ＣＡＮ控制器、ＣＡＮ总线收　

发器组成，并且详细介绍了ＣＡＮ控制器、ＣＡＮ收发器的功能以及ＣＡＮ总线接口的硬件电路和硬件条件下的软件设计，主要为后　续ＣＡＮ总线接口电路的应用打下了基础。　关键词ＣＡＮ总线　ＳＪＡ１０００接口　中图分类号ＴＮ９１　５．０２；ＴＰ３１　３　文献标识码Ａ　文章编号０９１　２０４—５２４９　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＣＡＮ　Ｂｕｓ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　

Ｙａｎｇ　Ｊｉｎｇ　

（Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００３　１）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ｗｅ　ｄｅｓｃｒｉｐｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ａｎｄ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｇｉｖｅｎ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｏｎ　ｆｈｅ　ｍａｉｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ。ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｂｕｓ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＣＡＮ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，　

ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ。ａｎｄ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＣＡＮ　ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　Ｂｕｓ　ｉｎｔｅｒｆａｅｅ　ａｎｄ　

【论文摘要】以液压综合试验台控制系统中各参量的检测与控制为例介绍CAN总线在机电一体化中的应用。文中介绍了CAN接口电路设计、SJA1000 CAN控制器的初始化流程和液压综合试验台控制系统的设计。

0、引言

在传统的液压控制系统中，对系统的控制主要采用机械手段。而采用传统的机械方法控制液压系统，使得整个系统的体积增大，同时增加系统复杂度和维护难度。随着计算机技术、现场总线技术及人工智能等技术的发展，使越来越复杂的液压控制系统有良好的发展前景。基于以上特点，该试验台采用CAN总线技术实现实时控制，用于液压软管脉冲压力试验，对被试件施加脉冲压力以测试软管的寿命。

1、CAN接口电路的设计

CAN总线节点接口电路如图1所示。P89LPC932是单片封装的高性能、低功耗的带片内8KFlash的微控制器，其指令执行时间只需2到4个时钟周期，6倍于标准80C51器件。P 89LPC932内部主要集成了字节方式的I2C总线、SPI接口、UART通信接口、实时时钟、EEPR OM、A／D转换器、ISP／IAP在线编程和远程编程方式等一系列有特色的功能部件；其可用I ／O口数为24～26。该微控制器在低电压(3 V)下工作，可以很好的工作在以电池供电的便携式系统中。其集成了许多系统级的功能，适合于许多要求高集成度、低成本的场合；可以大大减少元件的数目和电路板面积，满足多方面的性能要求。

图1 CAN总线节点接口电路

SJA1000是独立的CAN通信控制器，它支持CAN2.0A，CAN2.0B，与PCA82C200 CAN控制器兼容，并可替代PCA82C200；而且新增了一种工作模式(PeliCAN)，使得SJA1000支持具有很多新特性的CAN2.0B协议。SJA1000集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，该控制器具有多主结构、总线访问优先权、硬件滤波等特点。

我一直不喜欢那些盲目崇拜老外的人，但有时还不得不对行业内的老外，佩服得五体投地。他们也会出错，写出一些乱七八糟的文章害人，但是确实有好多设计，实在精妙，让人拍案叫绝。

前些日子看CAN总线，那么多设备挂接在单信息总线上，都想说话，还没有领导，那不成一锅粥了吗？看懂就发现，原来它们给每个接入设备分配了ID号——有大小区分的身份证，靠二进制的01级别展开无限制的竞争，一下就实现了多个设备无领导情况下的单总线竞争占用。看完后，我的感觉是美妙。这些洋鬼子，看来是聪明的，至少不比我笨。

再看放大器。要检测一个负载的用电电流，有一种方法是在回路中串联一个检测电阻，只要获得电阻两端的压差，就可以计算出流过的电流，这谁都清楚。但是串联电阻串在哪里？是高侧，就是负载的头顶，还是低侧，就是负载的脚底下？于是，我知道原来有两种检测方法，分别是High side，Low side。两种方法各有优缺点：低侧检测的最大好处是串联电阻两端几乎没有共模电压，比如一端是0V，另一端是0.1V，压差是0.1V，这可以直接使用仪表放大器检出，方便得很。但是它也有缺点，就是负载的脚底不再是0V，而是0.1V了，如果电流在波动，这个0.1也就不稳，就像站在一楼，但地板晃荡一般，结果是负载很不舒服。你是个检测仪表，要检测负载中的电流，但搞得负载很不舒服，就像医生搞得病人很不舒服一般，这有点不妙。

于是大量的设计，都采用高侧检测。但高侧检测也有麻烦，比如负载工作电压为100V，正常工作时，负载的脚底是0V，头顶是100V，现在你串联了一个小电阻在负载头顶，上面有0.1V的压差，这就使得电阻高端是100V，电阻下端是99.9V（也就是负载的头顶电位）。从效果看，负载其实是很舒服的，它脚底下很稳，0V，没错，它头顶有点飘，差不多在99.9V附近，我们知道一般的负载对头顶的电压波动不太敏感，因此它很舒服。

但负载舒服了，测量仪表就不舒服了。测量放大电路必须把两根线上的压差检测出来，它们分别是100V和99.9V，共模就有99.95V，这么大的共模电压，加载到任何一个仪表放大器上，都会立即烧毁放大器。