基于CAN总线的气象数据采集系统

1、南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文）南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文） 题目：基于CAN总线的气象数据采集系统的设计专 业： 测控技术与仪器 班 级： K测控101 学 号： 240101416 学生姓名： 怀昭瑞 指导教师： 刘 兰 英 起迄日期： 2014.22014.6 设计地点： 工程实践中心 Graduation Design (Thesis)The Design of the Meteorological data acquisition system Based on CAN bus ByHuai ZhaoruiSupervised byProf. LIU Lan Yi

2、ngSchool of Automation Nanjing Institute of TechnologyJune, 2014摘 要 气象数据在日常生活、农林生产、科学研究等方面有着重要的作用。随着时代发展，人们对气象状况的准确性与实时性有了更高的要求，费时费力的人工气象观测手段已经不能适应生产需求的的发展，因此，急切需要实现能准确及时输出气象观测的技术。由于CAN总线可以提高抗干扰能力和数据的可靠性，具有及时纠错能力等优点，所以采用CAN总线接口传输数据到上位机上进行监测。该课题包括单片机数据采集设计、CAN-RS232转换设计、数码管显示模块设计三大部分，本设计侧重于CAN总线通信部分，

3、主要利用单片机控制整个系统，而且CAN总线负责通信，利用CAN总线的两个节点来实现，使整个系统更加自动化，更加方便。本次主要阐述了一个基于CAN总线的气象数据采集系统。该课题利用由STC89C52芯片及其最小系统，温湿度采集模块，CAN通信模块，3461BH四位共阳数码管显示模块，MAX232串口模块组成。利用CAN总线的多通道采集功能对温度和湿度传感器参数进行采集并送入单片机处理，再经CAN-RS232转接器送入数码管进行显示，实现了对环境参数的采集和传输和数据的实时显示。结果表明系统能够准确、可靠的完成数据的采集、通信、显示和存储等功能。系统硬件简单、可靠性高并且可以大大降低成本，应用前景

4、广阔。根据设计思路，本文详细的介绍了系统硬件，软件的具体实现过程。在硬件电路设计中，确定了它的硬件组成部分，主要由单片机控制模块，温、湿度采集模块，CAN总线通信模块，数码管显示模块并完成了各个部分的原理图和模块制作，而在软件设计中，完成了主程序软件流程图的设计，并采用简单流通性强的C语言编写实现。关键词：温湿度传感器；CAN总线；数据采集ABSTRACTPlays an important role in scientific research in forestry production, meteorological data. With the development of the t

5、imes, people on the accuracy of meteorological condition and real-time have higher requirements, artificial meteorological observation means old has been unable to meet the production demand of development, therefore, urgently needs to realize the accurate output meteorological observation technolog

6、y. The CAN bus can improve the anti-interference ability and reliability of data, and has the advantages of timely error correcting capability, so the data transmission using CAN bus interface to the host computer for monitoring.根据设计思路，本文详细的介绍了系统硬件，软件的具体实现过程。在硬件电路设计中，确定了它的硬件组成部分，主要由单片机控制模块，温、湿度采集模块，

7、CAN总线通信模块，数码管显示模块并完成了各个部分的原理图和模块制作，而在软件设计中，完成了主程序软件流程图的设计，并采用简单流通性强的C语言编写实现。According to the design idea, this paper introduces the realization process of system hardware, software. In the hardware circuit design, the hardware part, mainly by the monolithic integrated circuit control module, tempera

8、ture, and humidity data acquisition module, CAN bus communication module, digital tube display module and completed the principle diagram and modules for each part of the production, and in the software design, completed the design and software flow chart of the main program, and write simple circul

9、ation of C language.该课题利用由STC89C52芯片及其最小系统，温湿度采集模块，CAN通信模块，3461BH四位共阳数码管显示模块，MAX232串口模块组成。利用CAN总线的多通道采集功能对温度和湿度传感器参数进行采集并送入单片机处理，再经CAN-RS232转接器送入数码管进行显示，实现了对环境参数的采集和传输和数据的实时显示。结果表明系统能够准确、可靠的完成数据的采集、通信、显示和存储等功能。系统硬件简单、可靠性高并且可以大大降低成本，应用前景广阔。By the STC89C52 chip and the minimum system using this topic,

10、 temperature and humidity data acquisition module, CAN communication module, 3461BH four bit nixietube display module, MAX232 module. The temperature and humidity sensor parameters were collected and put into microcontroller using multi-channel acquisition function of CAN bus, the CAN-RS232 adapter

11、into the digital tube display, real-time display of environment parameters acquisition and transmission and data. The results show that the system can accurately, reliably completed the data collection, communication, display and storage functions. The hardware of the system is simple, high reliabil

12、ity and can greatly reduce the cost, broad application prospects.该课题包括单片机数据采集设计、CAN-RS232转换设计、数码管显示模块设计三大部分，本设计侧重于CAN总线通信部分，主要利用单片机控制整个系统，而且CAN总线负责通信，利用CAN总线的两个节点来实现，使整个系统更加自动化，更加方便。本次主要阐述了一个基于CAN总线的气象数据采集系统。The topics include design, single chip microcomputer data acquisition CAN-RS232 conversion,

13、digital tube display module design of three parts, the design focuses on the CAN bus communication part, mainly use the single chip to control the whole system, and the CAN bus for communication, to realize the use of two node based on CAN bus, make the whole system more automatic, more convenient.

14、This is mainly elaborated one based on the meteorological data acquisition system based on CAN bus.Key words：Temperature and humidity sensor; CAN BUS; Data acquisition 目 录第一章 绪 论11.1 引言11.2 选题背景与意义21.3 研究现状3 1.4 本文的结构4第二章 气象数据采集系统的硬件设计52.1系统硬件结构电路图52.2 气象数据采集电路52.2.1 温度采集模块52.2.2 湿度采集模块72.3 数码管显示模块9

15、2.3.1 数码管的介绍92.3.2 数码管动态显示原理102.3.3四位数码管和单片机的连接112.3.4小数点的显示112.4 STC89C52芯片及其最小模块122.4.1单片机STC89C52122.4.2 STC单片机最小系统设计142.5 CAN通信模块介绍182.5.1 CAN总线通信及特点182.5.2 CAN总线工作原理182.5.3 CAN通信模块的连接192.6 MAX232串口电路设计212.6.1MAX232的简介212.6.2MAX232引脚说明222.6.3MAX232和单片机的连接23第三章 气象数据采集系统的软件设计253.1系统软件框图253.2 CAN通信

16、263.2.1 CAN初始化263.2.2 CAN发送273.2.3 CAN接收283.3 温湿度测量节点283.4数码显示29第四章 系统的测试与调试304.1 DXP软件开发304.1.1 软件介绍304.1.2 软件优势314.2 Keil C51324.3调试结果354.3.1 温度采集调试364.3.2 湿度采集调试374.3.3 整体调试38第五章 结 论395.1论文总结405.2 感想40致 谢42参 考 文 献43附录A：硬件设计原理图与PCB图44附录B：软件程序清单46第一章 绪 论1.1 引言CAN（控制器局域网)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制和实时控制的

17、串行通信网络。CAN总线具有成本低、速度快、实时性和可靠性高的特点，成为在世界范围内得到广泛使用的现场总线国际标准之一。由于其卓越的性能，CAN总线的应用范围己不再局限于汽车工业，被广泛应用到自动控制、楼宇自动化、医学设备等各个领域. 数据采集是指将温度、压力、流量、位移等物理量采集、转换成数字量后，由计算机(微处理器)进行存储、处理、显示或打印的过程；相应的系统，称之为数据采集系统。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的信号，并转换成计算机能识别的数字信号，送入计算机，根据不同的需要，进行相应的计算和处理，获得所需的数据，同时，要将得到的数据进行显示或存储，以便实现对某些物理量的监视和统计

18、，其中一部分数据还可以被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。传感器用于感应对应的气象参数:数据处理装置则对这些电信号进行处理，转换成对应的气象要素值。气象数据采集系统在工农业生产、旅游、城市环境监测和其他专业领域都有广泛的用途，观测的项目通常为气温、湿度，雨量、风速、风向、气压等基本气象要素，很据不同任务或专业需求增加不同的传感器。另外，随着传感器技术和电子技术的不断发展，还出现了一种智能传感器，它具有统一的接口（Rs-232或USB）。采集数据时只需给其发出命令，传感器便会将采集到的数据自动给出，比如一些气压传感器，输出是标准的工业通信形式。电阻应变片输出的电压量仍为模拟电压量，需

19、经过A/D转换器件ADC0832将模拟电压量转换为数字电压量后与单片机建立通信。单片机采集到来自ADC0832的数字电压量后根据操作者编写的软件程序驱动单片机进行数据的处理。将采集到的电压量转换为应变片所受的压力值并输出有数码管显示并与CAN总线建立通信。在整个系统的软件设计当中CAN总线节点的软件设计主要包括三大部分：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。初始化程序设计对于CAN总线节点的正常工作相当重要。它主要包括工作方式的设置、时钟输出寄存器的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、总线定时器的设置、输出控制寄存器的设置和中断允许寄存器的设置。本课题讨论的气象数据采集系统由数据采集终

20、端和上位机处理程序两部分组成。数据采集终端STC89C52单片机芯片为核心，设计一种多功能、低功耗数据采集器，不仅能完成对现场温度、湿度、气压等信息的采集与实时显示。上位机程序则是在PC机上设计数据库。本论文主要做了以下工作：首先对气象采集系统进行了硬件设计。对系统要实现的功能和系统的性能进行合理的构思和规划，选择满足功能需求的元器件、单元电路模块，然后进行原理图的绘制，PCB的制作以及电路板的焊接.并进行硬件调试.确保自己设计的电路系统能够顺利的工作其次是软件的设计。软件设计主要是对数据采集、发送的编程.通过对数据采集终端的编程，使其按照指定的采样周期.对温湿度、风速等信息进行采集、处理以及

21、实时显示。最后，对系统进行整体的测试与实验，给出运行结果及实验分析。1.2 选题背景与意义在人类生活的地球周围,环绕着一层深厚的大气大气的冷、暖、干、湿等物理状况和大气中发生的风、雨、雷、电等自然现象。统称为大气现象，简称为气象。研究大气现象的成因和大气运动变化的规律，以及这些现象、规律对人类影响的科学叫做气象学.气象科学是人类在与大自然作斗争的长期实践中产生的，是人类认识自然与改造自然的重要手段之一气象学发展为现代科学不过是几百年的历史，因此，气象学是一门年轻的科学。气象与人类的关系密切，从日常生活到各种生产活动。无不直接或间接地受到气象条件的影响与制约。我国地域辽阔.天气气候复杂。只有充分

22、认识、研究和掌握天气气候的变化规律，才能利用有利的气象条件，使之造福于民。气象科学又与我们的生活息息相关，从防灾减灾、工农业生产、交通运输、城市规划、工程建设到居家生活，出外旅行，处处都需要气象科学。及时准确的气象监测对于帮助我们科学地进行生产生活安排、筹备具有非常重要的惫义。而作为新式的气象采集系统，更能够帮助我们随时随地了解当地的天气状况，以便能够及时地作出相应的调整.无论是个人旅行，还是车队运输，抑或是行军打仗数据采集系统，在方便与快捷方面起着不可估量的作用. 虽然在不同的应用领域中，对数据采集与处理系统的功耗、便携性、成本等方面有着不同的要求，但总体而言，要在保证精度的条件下，应尽可能

23、提高采集速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。数据采集越及时，工作效率越高，取得的经济效益就越大。随着现代电子技术的普及和推广，数据的采集、处理技术也迅速提高.在环境助查中，应用数据采集系统可以获取多种物理量，并对助察对象进行存储、统计和分析，是获取科学奥秘的重要手段之一，从而提高了人们对自然的认知能力:在企业生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集，监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供相应信息和手段。本文设计的气象数据采集系统，主要应用于实现对气象数据的实时采集，从而为人们的生产、生活提供可靠的气象信息.现场总线是自动控制技术，自动化仪表技术，计算机网络技术三大领

24、域技术发展至今走向结合的必然产物，它将使控制系统的体系结构以及自动化技术发生一次根本性变革。现场总线使得现场智能 设备和控制室设备之间构成网络五联系统，实现全数字化，双向，多变量数字通信，这就为整个工控系统全数字化运行奠定了基础。现场总线技术适应了控制系统向智能化，网络化，分散化发展的趋势，因而显示强大的生命力。1.3 研究现状在国内外的研究设计中，CAN总线因具有突出的可靠性、实时性、灵活性等优点而被广泛应用。CAN是一种新型的现场总线，由于突出的性能，可靠性、实时性和灵活性其应用范围已扩大到航空航天、工业控制、传感器等多种领域。通过报文滤波技术，CAN总线无需专门的调度可实现点对点、单对多

25、及全局广播等多种方式的数据传输，减少了系统软件运行时的负担，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络.其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准.CAN总线因具有突出的可靠性、实时性、灵活性等优点而被广泛应用，而目前国内采用RS-485系统的还比较多。而目前流行的CAN总线器件有2大类:一类是独立的CAN控制器,另一类是带有片上CAN的微控制器.如PSXC582等。在国内外大多设计中，基本采用灵活方便的独立CAN控制器SJAl000。CAN总线在组网和通信功能上的优点以及它的高性能价格比决定了它在许多领域都有广阔的应用前景和发展潜力。大型仪器设备系统复杂，对多种信息进行采集、处

26、理、控制、输出等操作。测控系统中离不开传感器，由于各类传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式也各不相同，为了便于系统连接，通常要考虑将传感器的输出变换成标准电压或电流信号。即便是这样，在与计算机相连时，必须增加A/D环节。如果传感器能以数字形式输出，就可以方便地与计算机直接相连，从而简化系统结构，提高精度。这种传感器与计算机相连的总线可称为传感器总线。实际上传感器总线仍属于现场总线，关键的问题在于如何将总线接口与传感器一体化。在广泛的工业控制领域，CAN总线可作为现场设备级的现场总线，与其它总线相比，具有很高的可靠性和性价比。这必将是CAN技术开发应用的一个主要方向。在以往的国内测控领域，

27、由于没有更好的选择，大多采用BITBUS或RS-485作为通信总线。其不足主要有：一主多从，无冗余;数据通信为命令响应，传输率低;错误处理能力弱。采用CAN总线技术后即可解决上述问题。CAN网络上任何一个节点均可作为主节点主动地与其它节点交换数据;CAN网络节点的信息帧可以分出优先级，这对于有实时性要求的控制提供了方便;CAN的物理层及数据链路层有独特的设计技术，使其在抗干扰以及错误检测等方面的性能均大大提高。CAN的上述特点使其成为诸多工业测控领域中首选的现场总线之一。1.4 本文的结构本文旨在实现以采集气象信息、显示信息为主要任务，以微控制器为核心，集成多要素传感器，达到功能、性能、成本高

28、度统一的气象数据采集系统。全文共分为六章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍了数据采集技术,CAN总线、温湿度传感器的概念、特点与相关研究背景；第二章对基于CAN总线的温湿度传感器的硬件部分进行了研究，给出了硬件设计电路图；第三章则是进行了软件设计，包括软件流程图与编写程序；第四章介绍了Keil软件和程序的调试与下载；第五章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。第二章 气象数据采集系统的硬件设计2.1系统硬件结构电路图整个气象数据采集系统如图2.1所示，由STC89C52芯片及其最小系统温度、湿度采集模块，CAN通信模块，3461BH四位共阳数码管显示模块，MAX232串

29、口模块组成。该系统由CAN其中的两个节点构成。CANCANCANCAN单片机单片机单片机温度传感器湿度传感器MAX232CAN显示模块。图2.1系统硬件框图2.2 气象数据采集电路本系统的气象数据采集电路包括温度采集和湿度采集模块，它们与系统处理器（STAC89C52）之间通过CAN总线交换数据、接受控制指令。2.2.1 温度采集模块 1、 温度传感器模块完成了大气中温度信息的采集。本系统中选用DS18B20数字温度传感器，可以达到稳定性高、误差小、节约成本等设计要求。DS18B20数字温度传感器特点如下： 1单线结构，只需一根信号线和CPU相连。2. 不需要外部元件，直接输出串行数据。3.

30、可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V5V。4测温精度高，测温范围为：-55+125，在-10+85范围内，精度为±O.5。5测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达00625。6数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9位精度的转换时间为9375 ms：10位精度的转换时间187.5ms：12位精度的转换时间750ms。2、DS18B20引脚及管脚功能介绍：图2.2 DS18B20管脚DQ：数字信号输入输出端。GND：电源地端。VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)。3、 DS18B20通过达拉斯公司独有的单总线协议依靠

31、一个单线端口通讯。当全部器件经由一个3态端口或者漏极开路端口（DQ引脚在DS18B20上的情况下)与总线连接的时候，控制线需要连接一个弱上拉电阻。在这个总线系统中，微控制器（主器件）依靠每个器件独有的64位片序列号辨认总线上的器件和记录总线上的器件地址。 由于每个装置有一个独特的片序列码,总线可以连接的器件数目事实上是无限的。 DS18B20的另一个功能是可以在没有外部电源供电的情况下工作。当总线处于高电平状态，DQ与上拉电阻连接通过单总线对器件供电。同时处于高电平状态的总线信号对内部电容充电，在总线处于低电平状态时，该电容提供能量给器件。这种提供能量的形式被称为“寄生电源”。作为替代选择，D

32、S18B20同样可 以通过VDD引脚连接外部电源供电。2.2.2 湿度采集模块1、DHT11产品概述 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷

33、。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。2、引脚说明 如表2.1引脚号引脚名称类型引脚说明1VCC电源正电源输入，3V-5.5V DC2Dout输出单总线，数据输入/输出引脚3NC空空脚，扩展未用4GND地电源地 表2.1 DHT11的引脚说明3、电源引脚 DHT11的供电电压为 35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定 状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。4、串行接口(单线双向) DATA 用于微处理器与DHT11之间的通

34、讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。2.3 数码管显示模块2.3.1 数码管的介绍数码管的七个笔段电极分别为ag。这八段发光管分别称为a、b、c、d、e、f、g和dp，通过八个发光段的不同组合，可以显示09（十进制）和015（十六进制）等16个数字字母，

35、从而实现整数和小数的显示。数码管分为共阳型和共阴型，共阳极型就是发光管的正极都连在一起 ，作为一条引线，负极分开。八段数码发光管就是8个发光二极管组成的，在空间排列成为8字型带个小数点，只要将电压加在阳极和阴极之间相应的笔画就会发光。8个发光二极管的阳极并接在一起，8个阴极分开，因此称为共阳八段数码管。图2.3 数码管标号LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个“8”字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。 找公共共阴和公共共阳首先，我们找个

36、电源（3到5伏）和1个1K（几百欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰。共阳极数码管是指八段数码管的八段发光二极管的阳极(正极)都连在一起，而阴极对应的各段可分别控制。共阴极数码管是指八段数码管的八段发光二极管的阴极(负极)都连在一起，而阳极对应的各段分别控制。或者用万用表的10k档测量，因为万用表的10k档是9伏电池，测的时候有微弱的光。图2.4 共阳与共阴的对比图剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LE

37、D（一般是8个），那它就是共阳的了。2.3.2 数码管动态显示原理 几乎所有的单片机应用系统都要用到数码显示。数码显示是一个占用IO资源较多、程序设计较复杂的模块。数码管显示器的8个笔划段a-hp同名端连在一起，而每一位数码管显示器的公共端（1，2，3，4）各自独立地受三极管控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于数码管的公共端，而这一端是由74LS164控制的，所以我们只要控制164的输出数据就可以决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的公共端，使各个显示器轮流点亮。 在轮流点亮扫描过程中，每

38、位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。2.3.3四位数码管和单片机的连接 在硬件连接上，利用单片机的P1口控制8个位段（数据），用P2口的低四位控制数码管的位选信号。图2.5中，P11-P17分别接h-a位段。P20-P23分别过4.7K电阻与位选信号相接。接在位选线上的4.7K电阻是限流电阻。避免电流过大烧坏数码管。 图2.5 数码管硬件电路图2.3.4小数点的显示在显示数据时，显示小数是一个必要功能。但在前面的分析中，并没有包含显示小

39、数点的内容。小数点的显示方式有： （1）固定式：小数点的显示位置不能改变，程序设计较简单。 （2）特征位式：每位二进制数控制一个小数点的亮暗情况，一个字节同时控制8个。 （3）计数式：用数字控制第N位的小数点亮。如：5表示第5位小数点亮，其它暗。 （4）ASCII码式：送到显示缓冲区的数是ASCII码数据，在包含“.“时，相应位的小数点亮。2.4 STC89C52芯片及其最小模块2.4.1单片机STC89C52 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。主要特性如下： 1增强型8051单片机，6时钟/

40、机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051 2工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz 4用户应用程序空间为8K字节5片上集成512字节RAM 2、 STC89C52RC单片机的工作模式 掉电模式：典型功耗<0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续原程序 空闲模式：典型功耗2mA 正常工作模式：典型功耗4Ma7mA 3、芯片及引脚说明1电源:VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端；2.时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体

41、振荡电路反相输入端和输出端。3.控制线:控制线共有4根： ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址  PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。  PSEN:外ROM读选通信号。  RST/VPD:复位/备用电源。    RST（Reset）功能：复位信号输入端。   VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。  EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。    EA功能：内外ROM选择端。 &#

42、160;  Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 4. I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个八位口。    P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地图1址。由于是分时输出,故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存,信号用ALE。 P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。 P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时,P2口也可以作为用户I/O口线使用,P2口也是准双向口。

43、0;P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。 2.4.2 STC单片机最小系统设计STC89C52单片机最小系统由STC芯片，复位电路，晶振电路，电源电路组成。单片机最下系统是指单片机能正常运行的最简单电路。单片机最小系统的复位电路中的极性电容C的大小会直接影响单片机的复位时间，一般会采用值在10-30的电容，而单片机最小系统电容值越大，则复位所需要的时间越短。单片机最小系统晶振电路中的晶振Y1可以采用6MH或者11.0592MHz，在正常工作的情况下，可以采用更高频率的晶振，因为最小系统中晶振的振荡频率会直接影响单片机的处

44、理速度，频率越大，相应的处理速度也就越大。单片机最小系统中的起振电容C2,C3一般都采用15-33，而且电容离晶振越近越好，晶振离单片机同样也是越近越好。下面介绍单片机最小系统电路，其原理图如图2.6图2.6最小系统硬件电路图下面介绍最小系统的三个主要部分：复位电路：RST引脚是单片机复位端，高电频有效。在引脚端输入至少连续两个单片机周期的高电频，单片机复位。使用时，在引脚与VSS引脚之间接一个10K的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约10F的电解电容，即可保证上电自动复位。（1）复位操作 复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除

45、了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表一所示。 （2）复位信号及其产生 RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。 图2.7 复位电路图时钟电路：时钟电路如图2.8所示，单片机工作频率取决于晶振XT的频率，通常选用11.0592MHz晶振。两个小电容通常取30pF，以保证振荡器电路的稳定性和快速性。STC89C52内部

46、有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图2.4.4所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 图2.8 晶振电路电源电路：电源电路如图2.9所示，芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压范围在45.5V之间，可保证单片机系统能进行正常工作。为了确定单片机是否供上电，在

47、VCC和地之间连接了一个发光二极管和1K的电阻。图2.9电源电路2.5 CAN通信模块介绍2.5.1 CAN总线通信及特点 CAN网络是现场总线技术的一种，它是一种架构开放、广播式的新一代网络通信协议，称为控制器局域网现场总线。CAN网络原本是德国Bosch公司为欧洲汽车市场所开发的。CAN推出之初是用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。例如汽车刹车防抱死系统、安全气囊等。对机动车辆总线和对现场总线的需求有许多相似之处，即能够以较低的成本、较高的实时处理能力在强电磁干扰环境下可靠地工作。因此CAN总线可广泛应用于离散控制领域中的过程监测和控制，特别是工业自动化的底层监控，以解决控制与测试之

48、间的可靠和实时数据交换。CAN总线特点如下： （1）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。 （2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。 （3）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。（4）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。 （5）直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps以下）。 （6）通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）。2.5.2 CAN总线工作原理

49、当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。具体工作形式如下：1，某一时刻，当一个节点(A0)要向其它节点(A1,A2,A3,.)发送数据时,该节点的CPU把要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片,并处于准备状态;数据发送前的准备2，当A0节点收到总线分配时,便转为发送报文状态。等待总线分配并发

50、送3，芯片根据通信协议将数据组织成一定的报文格式发出,而此时网上的其它节点处于接收状态。4，每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测,判断报文是否是发给自己的,以确定是否有效处理。当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。系统可以

51、很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。 CAN总线网区分与其他通信网之处在于：一是报文传送中不包含目标地址，以全网广播为基础，各接受站根据报文中反映数据性质的标志符过滤报文，该收的收下，不该收的弃而不用，其优点是在线上网下网、即插即用和多站接收；二是特别强化了对数据安全性的关注，满足控制系统及其它对数据安全性要求高的系统需求。2.5.3 CAN通信模块的连接电路采用SJA1000为CAN总线控制器，TJA1050为CAN总线收发器，SJA1000用硬件就可以实现数据链路层和物理层的功能，编程可以实现应用层功能，即完成CAN通信协议。TJA1050可以使系统实现抗干扰。

52、由图可知该电路由三部分组成：控制器SJA1000与单片机的接口，控制器与总线驱动器的接口，总线驱动器与总线的接口。1 SJA1000与单片机的接口如图2.10所示，SJA1000引脚AD0-AD7是8位地址的数据复用总线，可接至单片机地址，数据复用口，用于传递单片机需要访问的SJA1000寄存器地址与数据。因为采用地址与数据分时复用，所以SJA1000要用到地址锁存信号，可由单片机ALE引脚提供。单片机对SJA1000读写时，某一时刻读或写的数据流向不确定，但可以把SJA1000看成片外RAM，SJA1000中，每个寄存器就相当于片外RAM中的一个单元，单片机片外RAN操作的所有指令和接线都可

53、用与SJA1000。SJA1000的片选引脚CS可接到高位地址线上，SJA1000的读，写地址锁存控制引脚接到单片机WR和RD，ALE端，当CS位状态有效时，SJA1000开始工作，依照程序需要这些控制引脚状态自动按照时序工作。SJA1000的INT引脚为中断输出，当SJA1000内部中断寄存器某一位被置位时，此引脚为开漏输出，所以要经上拉电阻接高电平。图2.10CAN控制器2 SJA1000与TJA1050的接口如图2.11所示。SJA1000的RX0和TX0端分别连接片内输入比较器和输出驱图2.11 CAN收发器动器，提供控制器与物理总线之间的接口，它们分别接到了TJA1050的RX0和T

54、X0端。这两端和电源正极之间各自接了一个发光二极管，收发数据时会使二极管闪烁，用于指示CAN总线是否处于通信状态；输入端只用到了RX0，另一个未用的输入端经过R10和R11两个电阻分压到确定的电平上。 3 TJA1050与总线之间的接口TJA1050的CANH和CANL端可以直接接到总线上，采用差动方式传输信号，但总线往往存在多种干扰，造成节点使用不安全，所以节点采用一些安全和抗干扰措施。如图所示在总线的两根导线上分别串联一个10欧姆电阻，作用是限流，防止TJA1050受总线电流冲击而损坏，。总线两根导线与地之间分别并接一个二极管，当总线上出现瞬间干扰时，二极管导通起到保护作用。这里也可以并联

55、小电容，滤除高频干扰，当节点位于总线终端时，可将G=J1短路，即120欧姆的终端电阻R15并联在总线上，通过端子J2将该节点连到总线上，就可以进行通信了。2.6 MAX232串口电路设计2.6.1MAX232的简介MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。 其主要作用是用来将普通5V的TTL电平转为10V串口通信电平。关键特性：1.对于低电压、集成ESD应用MAX3222E/MAX3232E/MAX3237E/MAX3241E/MAX3246E：+3.0V至+5.5V、低功耗、最高1Mbps、真正的RS-232收发器，使用4个0.1uF外部

56、电容(MAX3246E提供UCSP封装)2.对于低成本应用MAX221E：±15kV ESD保护、+5V、1uA、单路RS-232收发器，带AutoShutdown主要特点 1、单5V电源工作 2、 LinBiCMOSTM工艺技术 3、 两个驱动器及两个接收器 4、 ±30V输入电平 5、低电源电流：典型值是8mA 6、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28 7、ESD保护大于MIL-STD-883（方 法3015）标准的2000V2.6.2MAX232引脚说明第一部分是电荷泵电路。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。第二部分是数据转换通道。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（