测控技术与仪器毕业论文范文——USB-CAN总线适配器的研究与设计

1、usb-can总线适配器的研究与设计摘要随着现场总线技术和计算机外设接口技术的发展，usb及can总线技术在日 常生活中显得越来越重要。本文给出了基于pic32微控制器的usb/can总线适配 器，用于实现can总线网路与pc机互连。木课题是研究和设计基于pic32微控制器的usb/can总线适配器，用于实现 can总线网路与pc机互连。其关键之处是usb/can总线适配器的设计。采用高 端芯片pic32mx575f512l单片机来实现数据的转换。接口 usb接口接收数据， 通过适配器转换数据，再由can收发器发送到pc机。本设计整体把握所需芯片的原理、功能、特点、用途并对其进行详细的阐述。

2、其次对硬件电路部分设计，包括电源电路，调试电路，复位电路，单片机接口电路 的设计。最后实现适配器的转换。关键词：现场总线，usb接口，单片机usb-can bus adapter for research and designabstractas fieldbus technology and computer peripheral interface technology, usb and can bus technology is increasingly important in everyday life. in this paper, based on the pic32 micro

3、controller usb / can bus adapter for the realization of pc-can-bus network and interconnection.this topic is to study and design of micro-controller based pic32 usb / can bus adapter for the realization of pc-can-bus network and interconnection. the key point is the usb / can bus adapter. used to ac

4、hieve high-end microcontroller chip pic32mx575f512l data conversion. interface usb interface to receive data through the adapter convert the data sent by the can transceiver to the pc.overall grasp of the design principles required for the chip, functions, features, uses, and its conduct in detail s

5、econd, some of the hardware circuit design, including power supply circuit, debug circuit, reset circuit, mcu interface circuit design. the final realization of the conversion adapte匚key words field bus, usb interface, scm1绪论1.1研究的目的和意义虽着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制屮已成 为必不可少的部分。这要求我们设计的接口简单灵活口具有较高的

6、数据传输率。现场总线作为二十世纪80年代发展起来的新兴技术，在工业现场已有了广泛 的应用。在比较有影响力的儿种现场总线中，can总线以其突岀的优点不仅大量 应用于工业现场，而且在楼宇自动化、智能终端设备等民用领域也有了长足的发展。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构 的通信网络。现场总线网络技术的实现需要与计算机相结合，它是计算机技术、通 信技术和控制技术高度综合与集成的产物，是一种开放式和分布式的新模式。以 往can总线网络与计算机的连接采用rs232、isa或pci接口。但是随着计算机接口 技术的发展，isa接口已经逐渐被淘汰；rs232接口数据传输率太低；

7、pci虽然仍是 高速外设与计算机接口的主要渠道，但其主要缺点是占用有限的系统资源、设计复 杂、需有高质量的驱动程序保证系统的稳定，且无法用于便携式计算机的扩展。随着usb1.k usb2.0规范的相继制定，为外设与计算机的接口提出了新的发 展方向。usb的主要特点有：外设安装简单，可实现热插拨；通讯速率高，usb1.1 全速传送速率为12mbps,与标准串行端口相比，大约快100倍；支持多设备连接； 提供内置电源。如何将其与pc机安全可靠低成本的互连，让pc机提供系统与网络 之间的网络连接及传输数据是一个亟待解决的问题。例如，系统监控环境条件，通 过usb连接把数据传给pc机，pc机作为一个显

8、示读数的网站。传统的外设与主机 的通信接口难以满足上述要求。这些接口一般采用pci总线或rs-232串行总线。pci 总线虽然有很高的传输率（可达132mbps）,但是它们的扩充槽相当有限，且设计 复杂。rs-232串行总线连接方便，可是它的带宽非常有限，传输速度慢。usb技术 正是顺应这一要求提出的一种传输速度快、灵活（4种传输类型：控制、块、中断、 等时传输和3种传输速度，可适用于多种外设）、易于使用（自动配置，即插即用，可 进行热插拔）、双向、同步传输的通用串行总线。它还提供了内置电源，可向低压 设备提供5伏的电源。正是由于usb的这些特点，使其获得了广泛的应用。随着pc 的发展，usb

9、总线已成为pc的主要接口标准，将逐渐取代其他传统接口叫 如果将 接口设计成为can监控网络接口的一种，将极大地方便can总线的应用。can总 线是现场总线的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，具有卓越的 特性和极高的可靠性，有传输距离远、传输速率高、抗干扰能力强、易于组网、成 木低等优点，特别适合工业过程监控设备的互连，被公认为几种最有前途的现场设 备总线之一，获得了国内外控制领域的普遍重视。德国现代汽车公司和欧洲其他儿 个主要汽车公司的车内控制系统全部采用can总线。整个系统设计目的就是设计一 个适配器，可以将can总线数据通过usb接口迅速转送到pc机进行处理分析，也 可以通过

10、它向can节点传送数据或命令，以实现计算机与现场设备的通讯。usb（universal serial bus）是一种通用串行总线。随着计算机技术的发展和广泛 应用，人们对串行总线提出了更高的要求。因此，开发一种兼容低速和高速的技术, 从而为广大用户提供一种可共享、可扩充、使用方便的串行总线已成为众多厂商的 共同目标。usb总线就是一种新型、快速、双向、同步传输、并可以热插拔的数 据传输总线，它满足了人们对总线易用性、扩展能力强和低成木的要求，因此， usb在pc外设领域的传输速率从1.5mbps的低速和12 mbps的全速提高到如今的 480 mbps的高速数据传输。目前，usb总线已经逐渐成

11、为计算机领域中应用最广 泛的外设总线连接规范。与此同时can(controller area network)总线技术也口趋 成熟，它的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，广泛应用于控制系统 中的各监测和执行机构之间的数据通信。目前，德国现代汽车公司和欧洲其他几个 主要汽车公司的车内控制系统全部采用can总线，国内的很多工业控制系统，(如 车载控制系统、医疗控制系统和很多智能小区中的智能控制系统)都采用了 can总 线技术。随着更加完善的can2.0b协议的提出，国外已有专家提出预言，can总 线的应用寿命至少还有二十年。虽然上述两种总线的特点都比较突出，但二者在 控制领域的应用仍有其

12、自身局限性。usb的传输距离通常不超过几十米，经常达 不到工业应用的要求；而can适配器与主机在传统接口上的连接十分繁琐和复杂, 不利t can的应用扩展。在数据交换量越来越大的今天，传统的外设接口 rs232, rs485逐渐感到力不从心为了缓解该才盾各厂家纷纷推出相应的解决方案，将传输 距离较远的can总线技术与即插即用的usb接口技术相结合，即利用usb接口方 便的实现can总线和主机的连接，从而有力的扩展了 can总线的监控和管理功 能，扩大can总线的应用范围。1.2国内外发展现状及趋势can-bus (controller area network)即控制器局域网，是国际上应用最广

13、泛 的现场总线之一。起先can-bus被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载 各电子控制装置ecu之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理 系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中均嵌入can控制装置。如今 can-bus作为一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率、高 抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错课。当信号传输距离达到10km 时,can-bus仍可提供高达5kbps的数据传输速率。由于can串行通讯总线具有 这些特性，它很自然地在汽车制造业以及航空工业中受到广泛应用凶。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式, c

14、an-bus必将越来越广泛地应用到各个白动化控制系统中。例如，在汽车电子、 自动控制、智1能大厦、电力系统、安防监控等各领域，can-bus都具有不可比拟 的优越性凹。通用串行总线usb(universal serial bus)是inter a microsoft等大丿商为解决计 算机外设种类的fl益增加与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而于1995年提出制 定的。它是一种用于将适用usb的外围设备连接到主机的外部总线结构，主要用 在中速和低速的外设。usb同吋又是-种通信协议，支持主机和usb的外围设 备之间的数据传输。目前较多设备支持的是usb1，最新的usb2.0 q于2004年 正式发

15、布。usb设备具有较高的数据传输率、使用灵活、易扩展等优点。usb1.1有全速和低速两种方式，低速方式的速率为1.5mbps,支持一些不需 要很大数据吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等；全速模式为12mbps,可以外 接速率更高的外设。在刚刚发布的usb2.0中，增加了一种高速方式，数据传输率 达到480bps,可以满足更加高速的外设的需要。安装usb设备不必打开主机箱， 它支持即插即用和热插拔。当插入usb设备的时候，主机检测该外设并且通过自 动加载相关的驱动程序来对该设备进行配置，并使其正常工作】。usb及can总线是两种当今在各自的领域内应用十分广泛的串行总线标准，其 中通用串行总线us

16、b(universal serial bus)是为解决传统总线不足而推广的一种新 型的通信标准。该总线接口具有安装方便、高带宽、易于扩展等优点，已逐渐成为 现代数据传输总线的发展趋势。can是控制局域网络(control area network)的简 称，最早由徳国bosch公司推出，常用于分布式控制系统内部测量与执行部件之 间的数据通信。can总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性而成为现场总线的主 流品种之一，在工业控制领域得到了普遍应用，并被认为是最有前途的现场总线之 一。由于can具有独特的设计思想，良好功能特性和极高的可靠性，现场抗干扰能 力强，已成为最有发展前途的现场总线之一翻。c

17、an的传输介质有双绞线、同轴电 缆和光纤。光纤具有传输速率高、容量大，损耗低、中继距离远，抗干扰能力强， 技术上容易实现、造价低廉等特点，正日益广泛地应用于工业领域。1.3本设计主要研究内容木课题要研究的任务是设计一个基于pic32微控制器(pic32mx575f512l) usb/can总线适配器，来对can总线上的设备进行监控，用usb和can总线 进行对接，解决can总线和pc机间的通信。可以将can总线数据通过usb接 口迅速转送到pc机进行处理分析，也可以通过它向can节点传送数据或命令， 以实现计算机与现场设备的通讯u叫14论文章节分配第一章绪论：回顾usb-can总线适配器的发展

18、，以及对本设计题目主要研究内 容的阐述。第二章usb-can总线适配器的方案设计:包括总体方案的阐述和系统工作原理的 介绍。第三章芯片应用与硬件电路设计：主要芯片的管脚、功能特点的介绍。第四章总结：整篇论文的总结。2 usb-can总线适配器方案设计2.1系统方案概述木设计采用单片机技术来实现适配器的功能。适配器将can总线数据通过 usb接口迅速转送到pc机进行处理分析，也可以通过它向can节点传送数据或 命令，以实现计算机与现场设备的通讯。总体方案可以从以下几个方而来确定：采 用了 microchip technology (美国微芯科技公司)在80 mhz 32位pic32单片机 (mc

19、u)产品组合的成功基础上推出的全新单片机一pic32mx575f512l。它作为 控制系统的核心部件，具有强大的控制功能w 收发器采用can控制器接口： pca82c250它可以在额定电压时12v的can总线系统中使用。如图2所示。usb外 设can总线图2系统方框图2.2适配器原理电源部分为整个系统提供稳定的3.3v电源。复位监控部分为系统在开机的时 候提供复位信号，并监控系统工作的电压是否止常，当不止常的时候使系统复位。 整体框图如图2.2所示。图2.2适配器原理图2.3 can工作原理 can总线数据收发由can控制器和can收发器完成，主要通过usb接口控 制电路来访问can控制器，最

20、终完成数据通信，如下图所示。can总线usb总线图2.2 usbcan原理框图工作方式：can发送：适配器接收到从pc机的usb接口发过来的数据帧，则立即将其解析, 组成一个can消息帧，发送到can总线接口。can接收：适配器接收到can网络的数据，则转发到电脑的r-buffer缓冲区。 当上位机软件，请求查询接收时，适配器将缓冲区数据到usb接口。 usb-can总线适配器可以被作为一个标准的can节点，是can总线产品开 发、can总线设备测试、数据分析的强大工具。采用该接口适配器，pc可以通 过usb接口连接一个标准can网络，应用于构建现场总线测试实验室、工业控 制、智能楼宇、汽车电

21、子等领域中，进行数据处理、数据采集、数据通讯。同时 usb-can接口适配器具有体积小、方便安装等特点，也是便携式系统用户的最佳 选择。问2.4 usb的结构与工作原理usb通信协议：usb的物理协议规定了在总线上传输的数据格式，一个全速 的数据帧有1500字节，而对于低速的帧有187字节。帧的作用是分配带宽给不同 的数据传送方式。241物理结构usb的物理拓扑结构如图2.3所示。设备设备设备图2.3 usb物理拓扑通过使用集线器(hub)扩展可外接多达127个外设。usb的电缆有四根线，两 根传送的是5v的电源，另外的两根是数据线。功率不大的外围设备可以直接通过 usb总线供电，而不必外接电

22、源。usb总线最大可以提供5v500ma电流，并支 持节约能源的挂机和唤醒模式。2.4.2 usb设备逻辑结构usb的设备可以分成多个不同类型，同类型的设备可以拥有一些共同的行为 特征和工作协议，这样可以使设备驱动程序的编写变得简单一些。usb forum在 usb类规范2中定义了 usb的设备类型，比如音频、通信、hid、hub等设备类。 每一个usb设备会有一个或者多个的逻辑连接点在里面每个连接点叫端点。在 usb的规范中用4位地址标识端点地址，每个设备最多有16个端点。端点0都被 用来传送配置和控制信息。在ns公司的usb接口芯片usbn9602中有7个端 点。2.4.3四种传输方式us

23、b提供了四种传输方式，以适应各种设备的需要。这四种传输方式分别是:传输方式：控制传输是双向传输，数据量通常较小，主耍用来进行查询、 配置和给usb设备发送通用的命令。控制传输主要用在主计算机和usb外设中端 点o之间。 等时传输方式：等时传输提供了确定的带宽和间隔时间。它被用于时间严 格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于要求恒定的数据传送率的即时应用 中。例如进行语音业务传输时，使用等时传输方式是很好的选择。 屮断传输方式：中断方式传送是单向的并且对于主机来说只有输入的方 式。中断传输方式主要用于定吋查询设备是否有中断数据要传送，该传输方式应用 在少量的、分散的、不可预测的数据传输。键盘、

24、游戏杆和鼠标就属于这一类型。大量传输方式：主要应用在没有带宽和间隔时间要求的大量数据的传送和接 收，它要求保证传输。打印机和扫描仪屈于这种类型。2.4.4 usb使用环境usb的使用环境也是需要考虑的一个重要因素，如果处于一个电磁环境非常 复杂的使用场合。不可避免地会受到干扰而产牛传输错误。尽管这种错误在大多数 通信协议（控制、中断、批量传输）的管理下并不会影响通信的最终结果，但由此引 发的重发、等待等纠错工作则会明显地影响数据传输速度，甚至发生堵塞的现象。 因此，usb2.0设备和pc主机间最好采用带磁环的usb2.0专用连接线，且其长度 最好限制在3 m-5 m的范围内，这样受到的电磁干扰

25、和噪声影响较小。纠错垂发 的概率也较小，数据传输的速度也就显得较快。3芯片应用与硬件电路设计3.1 pic32单片机介绍3.1.1单片机的特点pic32是microchip technology的32位通用单片机系列。它带有各种片内外 设，且可以提供80+ dmips的性能。它采用了mips technologies, inc的业内领 先的m4kmips32内核o pic32系列的所有产品均采用了与microchip的其他pic® 单片机类似的编程界面。此外，pic32单片机在引脚上与16位单片机 pic24fj128ga系列兼容。本设计选用的是pic32mx系列中的pic32mx5

26、75f512l 单片机。该系列单片机具有以下特点：32位高性能risc cpu：带5级流水线的32位mips32® m4k内核 最高80 mhz的频率 零等待状态闪存访问时性能为1.56 dmips/mhz单周期乘法单元和高性能除法单元 mips16e模式可使代码压缩最多40%两组各32个内核文件寄存器（32位），可减少中断延时预取高速缓存模块可加速从闪存的执行速度单片机特性：工作电压范围为2.3v至3.6v 256 kb至512kb的闪存（附加一个12 kb的引导闪存） 64 kb至128 kb的sram存储器引脚与大部分pic24/dspic器件兼容多种功耗管理模式多个具有独立可

27、编程优先级的中断向量故障保护时钟监视器模式带有片内低功耗rc振荡器的可配置看门狗定时器确保器件可靠工作 外设特性：可在选择外设寄存器上执行原子级置1、清零和翻转操作具有自动数据大小检测功能的8通道硬件dma支持符合usb 2.0规范的全速设备和otg（on-the-go）控制器:专用的dma 通道 带mii和rmii接口的10/100 mbps以太网mac：专用的dma通道 can模块2.0b主动模式，且支持devicenet寻址专用的dma通道 3 mhz至25 mhz的晶振内部8 mhz和32 khz振荡器配有以下项的6个uart模块：支持rs232、rs-485和lin 1.2带片内硬件

28、 编码器和解码器的irda®最多4个spi模块最多5个i2ct"模块为cpu和usb时钟分别提供独立的pll带8位和16位数据线以及最多16条地址线的并彳亍主/从端口 (parallel master and slave port, pmp/psp) 硬件实吋吋钟/日历(hardware real-time clock/calendai, rtcc) 5个16位定时器/计数器(两个16位定时器对组合可构成两个32位定时器) 5路捕捉输入 5路比较/pwm输出 5个外部中断引脚可在最高80 mhz吋翻转的高速i/o引脚所有i/o引脚上的高拉/灌电流(18ma/18ma)数字i

29、/o引脚上的可配置漏极开路输出调试特性： 2个编程和调试接口：双线接口，可与应用程序进行非抢占式访问和实吋数据交换4线mips®标准增强型jtag接口基于硬件的非抢占式指令跟踪符合ieee标准1149.2 (jtag)的边界扫描特性模拟特性：最多16路通道的10位模数转换器:imsps的转换速率，可在休眠和空闲模 式下进行转换 2个模拟比较器可承受5v电压的输入引脚(仅数字引脚)3.1.2 pic32mx575f512l单片机结构及引脚单片机引脚图如图3.1所示。§80 2ou/eqo §30 zlcm/zlqwd8 km3 3i5a8 9qm 空 noelofw

30、 gnomord «8q0»3> ooa o 电二 orkmno dyxxawdofs 88a? avtmodjl m 直wjl oujgcmd ¥ond rod/zoajl cjwqwl 壬iint2we?intime?nonrg15 voo wd5re5 =w6be 弓 wd7 艮 t2ck?rc1 t3oqrc2 t4cwrc3 t5ckjsdi1/rc4 sck2a*u2stx»u2artstpmaa»cna«g6 sda2a.soi2u2arx»pi.1a4.n9.,rg7 scl2a.sdc2awztxmc

31、n 10gs mclr ss2a,u2brx,u2acts,-va2cn 11 .rgo vss vootms'rao7574737270 e ee67 ee111213141516pic32mx575f512lpic32mx575f256lan5.c1invs-som.cn7.rbf 匚an4*c1 njcn6wb4 匸an0c2in4cn5rb3 匚an2/c2 n“cn4«b2 匚pgec1/anhcn3«rb：匚pg 三 chan0tn2 说 b0 匚17181920212223242s63二61ec%巳57:535251vs8sosccxtick/cno.

32、'rcsosscn1 说 c13sdoi/oci/intqwoic4«p».1cs1；pvia14/rc11sckvc3-wos2pma15*rd10rccacvrd8sda1/1nt 斷 ra15scl1/1nt3zra14vs8osc2/clko-rc15osc1/clki/rc12vootcora5tc/ra4sda2*ra3scl2«ra2d4/rg2d-/rg3vbsbvblsscl1asdo1a*u1arf8sdaiasdi1a/u1arx；rf2 usbic/rf33>?0d0 08 2<丫里纟 lnv29bd2ndmny$?里二

33、 vwd&ln<eglovgvxhgc 5<egft:lalhv£fyx8mn/vd4osdcuo<mool§lmlyw* 二 nm sapdoqk skpbok ss/w§<0 - vimmd 壬冬 ¥ s>卜里 znvzcmcbodskjg二 zncyslwrvxl83qnos5ssoho<5xs-3<图 3.1 pic32mx575f512l 的引脚图表2.1单片机引脚定义引脚名称引脚类型缓冲器类型说明an0-an15ianalog模拟输入通道clkiclkoiost/cmos外部时钟源输入。振荡器

34、晶振输岀。在晶振模式下连接到晶振或谐振器。osc1osc2iost/cmos振荡器晶振输入。振荡器晶振输出。在晶振模式下连接到晶振或谐振器。cn0-cn21ist电平变化通知输入ic1-ic5ist捕捉输入ocfaist比较故障输入a输入oc1-oc5o比较输出1-5ocfbist输出比较故障b输入intoist外部中断0intiist外部中断1int2ist外部中断2int3ist外部中断3int4ist外部中断4rao-rai 5i/ostporta为双向i/o端口rb0-rb15i/ostportb为双向i/o端口rc0-rc15i/ostportc为双向i/o端口rd0-rd15i/o

35、stportd为双向i/o端口re0-re15i/ostporte为双向i/o端口rf0-rf15i/ostportf为双向i/o端口rgo,rg1,rg4-rg15i/ostportg为双向i/o端口rg2,rg3istportg输入引脚续表2.1引脚名称引脚类型缓冲器类型说明tickisttimer 1外部时钟输入t2ckisttimer2外部时钟输入t3ckisttimer3外部时钟输入t4ckisttimer4外部时钟输入t5ckisttimer5外部时钟输入/u1ctsistuart1允许发送/u1 rtsouarti准备发送u1rxistuart1接受u1txouart1发送/u2

36、ctsistuart1允许发送/u2rtsouart1准备发送u2rxistuart1接受u2txouart1发送sck1i/ostspi1的同步串行时钟输入/输出sdi1istspi1数据输入sd01osp11数据输岀/ssii/ostspi1从动同步或帧脉冲i/osck2i/ostspi2的同步串行时钟输入/输出sdi2istspi2数据输入sdo2ospi2数据输出/ss2i/ostsp12从动同步或帧脉冲i/oscl1i/osti2c1的同步串行时钟输入/输出sda1i/osti2c1的同步串行数据输入/输出tmsistjtag测试模式选择引脚tckistjtag测试时钟输入引脚tdi

37、istjtag测试数据输入引脚tdoojtag测试数据输出引脚续表2.1引脚名称引脚类型缓冲器类型说明rtcco实时时钟警报输出cvref+iana比较器低参考电压cvref-iana比较器高参考电压cvrefoutoana比佼器参考电压输出ciin iana比较器1负输入端c1in+iana比较器1正输入端cl outo比较器1输出c2in-iana比较器2负输入端c2in+iana比较器2正输入端c2outo比较器2输出pmaoi/ottl/st并行主端口地址bit 0输入和输出pm ali/ottl/st并行主端口地址bit 1输入和输出pma2- pma15o并行主端口地址pmenbo

38、并行主端口使能选通pmcs1o并行主端口片选1选通pmcs2o并行主端口片选2选通pmd0-pmd15i/ottl/st并行主端口数据pmrdo并行主端口读选通pmwro并行主端口写选通pmallo并行主端口地址锁存使能低字节pmalho并行主端口地址锁存使能高字节pmrd/pm/wro并行主端口读/写选通pmallo并行主端口地址锁存使能低字节pmalho并行主端口地址锁存使能高字节pmrd/pm/wro并行主端口读/写选通续表2.1引脚名称引脚类型缓冲器类型说明vbusianausb总线电源监视器vusbpusb内部收发器电源vbusonousb主机和otg总线电源控制输出d+i/oana

39、usbd+di/oanausbd usbidistusb otg id 检测envregist使能片内稳压器trclko跟踪时钟trd0-trd3o跟中数据位pged1i/ost编程调试通信通道1的数据i/o引脚pgec1ist编程调试通信通道1的时钟输入引脚pged2i/ost编程调试通信通道2的数据i/o引脚pgec2ist编程调试通信通道2的时蚀输入引脚mclri/pist主复位输入avddpp模拟模块的正电源avsspp模拟模块的参考地vddp外设逻辑和i/o引脚的正电源vcap/vddcorepcpu逻辑滤波器电容连接vssp逻辑模块和i/o引脚的参考地vref+ianalog模拟参

40、考高电压输入vref ianalog模拟参考低电压输入在结构上pic32系列单片机集成了一部计算机的各个基本组成部分。虽然其工 作原理与普通微机无差异，但pic32系列单片机在结构上更加突出了体积小、功能 强、面向控制的特点，具有很高的性能价格比。pic32系列单片机由cup、存储器和外围模块组成，这些部件通过内部地址总 线、数据总线和控制总线相连构成单片微机系统，本设计选用pic32mx575f512l 单片机。结构图如图3.2所示。fmtmdu功耗管理ejtag跟踪tapjs3图3.2 pic32mx575f512l的系统结构pic32mx575f512l的内核cpu结构是按照精简指令集的

41、宗旨来设计的。具有 强大的处理控制能力和灵活的操作方式。3.1.3应用领域pic32单片机系列适用于各种嵌入式应用领域，包括：工业（安防系统、电 表、智能卡/条形码/门禁读卡器、仪表）；医疗（病患监测仪、计量泵、血液分析 器）；汽车（汽车数据纪录器、无线电设施、转速表、车辆跟踪）；通信（电力 线通信电路板、媒体网络控制器、gsm备用控制器）；家电（咖啡机、洗衣机、 健身器材、洗碗机、空调通风系统）；以及消费电子产品（gps模块、家居自动 化、mp3播放器接口/适配器）。3.2 can 控制器接口 pca82c2503.2.1概述pca82c250是can协议控制器和物理总线的接口。此器件对总线

42、提供差动发 送能力，对can控制器提供差动接收能力。3.2.2 pca82c250 特性 完全符合和“ iso 11898 ”标准 高速率（最高达1mbps） 具有抗汽车环境中的瞬间干扰，保护总线能力 斜率控制，降低射频干扰（rfi） 差分接收器，抗宽范围的共模干扰，抗电磁干扰（emi） 热保护 防止电池和地之间的发生短路 低电流待机模式 未上电的节点对总线无影响 可连接110个节点3.2.3 pca82c250 应用 汽车中的高速应用（高达1 mbaud）3.2.4 pca82c250 管脚功能描述:符号管脚功能描述txd1发送数据输入gnd2地vcc3电源电压rxd4接收数据输出vref5

43、参考电压输出canh6低电平电压输入/输出canl7高电平电压输入/输出rs8斜率电阻出入表3.2 pca82c250引脚定义txd1u8rsgnd2pca82c2507canhvcc36canlrxd45vref图3.3 pca82c250引脚图pca82c50是can协议控制器和物理总线间的接口，它主要是为汽车中高 速通讯（高达1mbps）应用而设计。此器件对总线提供差动发送能力，对can控 制器提供差动接收能力，完全符合"iso 11898"标准。一个限流电路可防止发送输出级对电池电压的正端和负端短路。虽然在这种故 障条件出现时，功耗将增加，但这种特性可以阻止发送器输

44、出级的破坏。在节点温度大约超过160°c时，两个发送器输出端的极限电流将减少。由于发 送器是功耗的主要部分，因此芯片温度会迅速降低。ic的其他所有部分将继续工 作。当总线短路时，热保护十分重要。canh、canl两条线也防止在汽车环境下可能发牛的电气瞬变现象。can驱动芯片pca82c250可以提供对总线的差动发送和接收器的差动接收能 力，具有抗瞬间干扰保护总线的能力，还具有降低射频干扰的斜率控制机制。can驱动芯片pca82c250与can总线的接口部分也采用了一定的安全和抗 干扰措施。pca82c250的canh和canl引脚各片通过一个5q的电阻与can 总线相连，电阻可起到一

45、定的限流作用，保护pca82c250免受过流冲击；另外在 各个芯片及电源附过放置了电容进行电路的退耦，从而从电源电路里去除噪声。 canh和canl与地之间并联了两个30pf的小电容，可以滤除总线上的高频干扰 并具有一定的防电磁辐射的能力；另外在两根can总线输入端与地之间分别接了 一个防雷击管，当两输入端与地之间出现瞬变干扰时，通过防雷击管的放电可起到 一定的保护作用卩叫3.3电源电路3.3.1 3v电源电路整个硬件系统对电源要求具有稳压功能和纹波小等特点，另外木硬件系统的功 耗低，因此该硬件系统的电源部分采用as1117芯片实现，该芯片的输入电压范围 为1.25-13.8v,输入电流为15

46、0ma,输出电压3.3v,可以满足系统的要求。另外 该芯片具有很小的封装，因此能有效节约pcb板的而积。输入电压由电池提供， 本设计选用典型电池，正好通过as1117芯片3v电压为系统供电。电路如图3.4 所示。u12as1u7图3.4 3.3v电源电路为了使电源的波纹小，在输出部分用了一个2.2uf和o.luf的电容，另外在芯 片的输入端也放置一个o.luf的滤波电容，减小输入端受到的干扰。3.3.2 5v电源电路由于显示模块的工作电压是5v,而系统的电源供电是3.3v,这样就满足不了 显示模块的要求。木设计选lt1959芯片实现为显示模块供电，其输出电压为5v。 一般三端集成稳压电路的最小

47、输入、输出电压差约为2v,否则不能输出稳定的电 压。用考虑到电池应用的场合，选用9v电池供电恰好满足需求。电路如图3.5所示。2.d7 , d1n419tp2test pontvinvswboostsyncfbshdngndvclt195r138765llotsu二二 c41l.5nl2rwva10uhj6 °cjumperd5v8 1n5821c45louj2.tc2>20ufl±ec5»7oufr15-tsk图3.5 5v电源电路图lt1959是一个500khz单片降压开关稳压器，适合较低输出稳压电压的应用。 它的输出可低至1.21v,芯片上集成了一个4

48、.5a开关管及所有必要的振荡器、控 制与逻辑电路。拓扑结构为电流模式，以获得快速瞬态响应及良好的环路稳定性。 通过将静态电源电流保持在3.8ma并利用一个电源升压电容器来使功率开关管 饱和，使效率在一个宽的输出电流范围内都得到保持。采用标准7引脚dd封装 及熔丝化引脚so-8封装，它提供完全的每周期短路保护和热关断，采用标准表面 贴装外部元器件，包括一个电感和多个电容器。另有可选的关断或同步功能。关断 后消耗的电源电流减少到15ma。同步功能允许外部逻辑电平信号将内部振荡器的 频率从580khz提高至1mhz。3.3.3 usb电源电路usb数据是3.3v电平信号，但考虑到经过多于一个集线器吋

49、的电压降，电源 按5v电压提供。每一个功能单元必须从5v输入或它自身内部的电源为木身提供 3.3v的稳定电压。采用德州仪器公司生产的tps2015芯片。如图3.6所示。严c2匸rc7o.luf 4.7ufdgnd1gndct ttr*8hostpowervu 1vj±c765v .2rtct "tp71.、rxrul/ idouta6p2.2uf1avbuson4oc5rdmd3.3vgndu15tps2015賈19?4.7krd14powerd3.3vdgnd1u168gndrxjoutcct tr273taiidoutaoc64un丽5mcp1253dgndtbuson

50、c72lufusb powergnd.r18:：4.7kgnd图3.6 usb电源电路3. 4调试电路j7header 621436587pged1pged2pgec1pgec2header 4x2hdebugj8usb connector图3.7调试电路3.5复位电路单片机复位电路的作用：在上电或复位过程中，控制cpu的复位状态：这段时间内让cpu保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止cpu发出 错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。在单片机系统中，总要涉 及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统 工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系

51、统，并在实验室调试成功后，在现场却出 现了 “死机”、“程序走飞”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。复位电路在主板的设计当中以无可替代的必需品存在的，因为cpu的pg信号和 复位信号都是由复位电路供给的i。复位电路如图3.8所示。d3.3vosw2r24470mclrsw-spstc75 lufgnd图3.8复位电路3.6单片机与can接口电路can控制器通过总线驱动器pca82c250接收can总线上的信号，传送到微 控制器，并接收微控制器传来的信号，通过驱动器传送到can总线。单片机与 can接口电路的示意图如图3.9所示。c:rxr.c:oxj：c：jjcr.q：;avccmmn<- 二 nwvn nkiml s25z tniaxnilxk> 3 nfdxnxda=§« ikmnmlsxclmhna-.2=-x.sn-«2 s/lasx.rw;l«=-s>2 5tz zscc i> ja2m 二zix二ixxt al上u 上ut：gioce*图3.9单片机电路4实例总结基于usb技术的can现场总线适配器系统的设计，这为在工业现场传送的数 据接