基于CAN总线的数据采集系统毕业论文答辩

1、LOGO指导教师：指导教师： 基于基于CAN总线总线采集系统的研究与应用采集系统的研究与应用n班级：控制理论与控制工程班级：控制理论与控制工程n学生：学生：n学号：学号：n数据采集系统在实际中有广泛应用，本文以一个数据采数据采集系统在实际中有广泛应用，本文以一个数据采集系统的开发项目为背景，主要完成该系统通信协议的集系统的开发项目为背景，主要完成该系统通信协议的设计，下位机主辅设计，下位机主辅MCU程序的开发。程序的开发。n在理解数据采集系统设计方案的基础上，借鉴一些在理解数据采集系统设计方案的基础上，借鉴一些CAN应用协议的相关规定完成了整个系统通信协议的应用协议的相关规定完成了整个系统通信

2、协议的设计。完成了主设计。完成了主MCU程序的开发，主要实现了以下功程序的开发，主要实现了以下功能：数据采集，接收上位机发送的命令，将需要实时显能：数据采集，接收上位机发送的命令，将需要实时显示的数据传送给上位机，将需要保存的数据导入辅示的数据传送给上位机，将需要保存的数据导入辅MCU，将辅，将辅MCU传上来的数据传送给上位机。完成了传上来的数据传送给上位机。完成了辅辅MCU程序的开发，主要功能包括：接收主程序的开发，主要功能包括：接收主MCU的命的命令，将主令，将主MCU导入的需要保存的数据存储在导入的需要保存的数据存储在PSRAM，将存储在，将存储在PSRAM中的数据传给主中的数据传给主M

3、CU。系统的背景及意义系统的背景及意义整理整理ppt论文的结构和主要内容论文的结构和主要内容u 第一部分第一部分 绪论绪论u 第二部分第二部分 数据采集系统整体方案数据采集系统整体方案 u 第三部分第三部分 相关技术相关技术 u 第四部分第四部分 下位机软件设计下位机软件设计 u 第第五五部分部分 总结总结整理整理ppt一、绪论部分一、绪论部分u 1.1 数据采集系统概述数据采集系统概述u 1.2 设计目的设计目的 u 1.3 小结小结 整理整理ppt1.1数据采集系统概述数据采集系统概述u 现今，在实验室研究、测试以及工业自动化领域中，绝大现今，在实验室研究、测试以及工业自动化领域中，绝大多

4、数科研人员和工程师使用配有多数科研人员和工程师使用配有PCI、USB、IEEE1394、 PXI/CompactPCI、并行或串行接口的基于、并行或串行接口的基于PC的数的数据采集系统。许多应用使用插入式设备采集数据并把数据据采集系统。许多应用使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集硬件与硬件与PC分离，通过并行或串行接口和分离，通过并行或串行接口和PC相连。数据采相连。数据采集系统的组成主要包括：集系统的组成主要包括：PC、传感器、信号调理、数据采、传感器、信号调理、数据采集硬件和软件。从基于集硬件和软

5、件。从基于PC的数据采集系统中获取适当的结的数据采集系统中获取适当的结果取决于下图示中的各项组成部分：果取决于下图示中的各项组成部分：整理整理ppt1.2设计目的设计目的u 本文所涉及的数据采集设备主要用途是为某车载产品的软本文所涉及的数据采集设备主要用途是为某车载产品的软件开发和标定提供客观的数据依据。该采集系统需要采集件开发和标定提供客观的数据依据。该采集系统需要采集大量数据，其中有模拟量、数字量、大量数据，其中有模拟量、数字量、CAN信号、信号、SPI数据数据、SCI数据和高精度时钟计数信号；在数据和高精度时钟计数信号；在PC机实时显示采集机实时显示采集的数据，具有触发功能，可以设定多种

6、不同的触发条件，的数据，具有触发功能，可以设定多种不同的触发条件，当触发条件满足时可以保存触发条件满足前后一段时间内当触发条件满足时可以保存触发条件满足前后一段时间内采集的数据；该系统还需要具有可扩展性，不但能满足该采集的数据；该系统还需要具有可扩展性，不但能满足该产品的当前需求，同时又能为今后更为高级的产品进行数产品的当前需求，同时又能为今后更为高级的产品进行数据采集。据采集。 整理整理ppt1.3小结小结u 为了实现的设计目的，该数据采集系统应满足的功能定义为了实现的设计目的，该数据采集系统应满足的功能定义如下：如下：u 1、CAN通信功能通信功能u 2、SPI通信功能通信功能u 3、AD

7、C功能功能u 4、GIO功能功能u 5、Timer&Counter功能功能整理整理ppt二、数据采集系统整体方案二、数据采集系统整体方案 u 2.1 系统整体设计系统整体设计 u 2.2 USB控制器特性控制器特性 u 2.3 TMS470特性特性 u 2.4 小结小结 整理整理ppt2.1系统整体设计系统整体设计u 该采集系统硬件主要包括以下几个模块：该采集系统硬件主要包括以下几个模块：1，电源模块，电源模块2，主主MCU模块模块3，辅，辅MCU模块模块4，存储模块，存储模块5，USB通信模通信模块块6，CAN通信模块通信模块7，模拟量模块，模拟量模块8，数字，数字IO模块。模块。

8、u 因此我们采用两片相同的因此我们采用两片相同的MCU，一片称为主，一片称为主MCU，另外，另外一片称为辅一片称为辅MCU。采集数据时主。采集数据时主MCU主要负责采集数据主要负责采集数据，将采集到的数据通过，将采集到的数据通过SPI通讯导给辅通讯导给辅MCU，由辅，由辅MCU写入写入PSRAM。需要读取保存的数据时，先由辅。需要读取保存的数据时，先由辅MCU将数将数据从据从PSRAM中读出，同样通过中读出，同样通过SPI导给主导给主MCU，由主，由主MCU写入写入USB芯片。芯片。整理整理ppt2.2 USB控制器特性控制器特性 u CY7C68013是一个带增强型是一个带增强型MCS51内

9、核和内核和USB接口的接口的单片机，完全遵从单片机，完全遵从USB2.0协议，可提供高达协议，可提供高达480Mbps的传输速率；内部集成的传输速率；内部集成PLL，最高可使，最高可使51内核工作在内核工作在48MHz，对外提供两个串口，可以方便的与外部通信。该，对外提供两个串口，可以方便的与外部通信。该系统中串口被用来连接系统中串口被用来连接USB和主和主MCU，上位机命令通过该，上位机命令通过该串口连接到主串口连接到主MCU。使。使UART工作在半双工模式下。这样工作在半双工模式下。这样USB和主和主MCU就可以互为主机了。就可以互为主机了。整理整理ppt2.3 TMS470特性u TMS

10、470 CPU核心是核心是ARM7TDMI，16/32-bit RISC。其。其正常模式的系统时钟是正常模式的系统时钟是28 MHz、管线模式是、管线模式是48 MHz。内含。内含128K字节的字节的FLASH和和8K字节的字节的SRAM。其它电路单元还包含。其它电路单元还包含u 零位锁相环零位锁相环(ZPLL)时钟模块；时钟模块；u 模拟的看门狗定时器；模拟的看门狗定时器；u 实时中断模块；实时中断模块；u 两个串行外围接口模块；两个串行外围接口模块；u 两个串行通讯接口模块；两个串行通讯接口模块；u 标准的标准的CAN控制器；控制器；u 10-bit、16个输入通道多重缓冲模拟数字转换器个

11、输入通道多重缓冲模拟数字转换器(MibADC)；u 高端定时器高端定时器(high-end timer)，控制，控制16个输入个输入/输出端口；输出端口；u 外部时钟分频器。外部时钟分频器。 整理整理ppt2.4小节小节u 在综合考虑该数据采原定的采集要求。后期在系统实际应在综合考虑该数据采原定的采集要求。后期在系统实际应用过程中，该系统运行效果良好，用户对该系统反馈比较用过程中，该系统运行效果良好，用户对该系统反馈比较满意。事实证明该数据采集系统在考虑实际需求和开发周满意。事实证明该数据采集系统在考虑实际需求和开发周期的基础上，采用期的基础上，采用ARM7+USB+PSRAM的整体设计方的整

12、体设计方案，能够满足设计要求。案，能够满足设计要求。整理整理ppt三、相关技术三、相关技术 u 3.1 常用通信总线简介常用通信总线简介u 3.2 小结小结 整理整理ppt3.1常用通信总线简介常用通信总线简介u 3.1.1通用异步接收器传输总线通用异步接收器传输总线(UART) u 3.1.2 同步外设接口同步外设接口(SPI) u 3.1.3 控制器区域网络控制器区域网络(CAN) u 3.1.4通用串行总线通用串行总线(USB) u 3.1.5本地互连网络本地互连网络(LIN) 整理整理ppt3.2 小结小结u 本数据采集系统中被采集对象的数据可以从多种总线方式传送给本数据采集系统中被采

13、集对象的数据可以从多种总线方式传送给采集系统，选用最合适的总线方式能更好的保证采集系统的稳定采集系统，选用最合适的总线方式能更好的保证采集系统的稳定正确的采集到数据。不同的应用在选择总线的标准方面并不同，正确的采集到数据。不同的应用在选择总线的标准方面并不同，下面是进行总线选择的通用参考标准：下面是进行总线选择的通用参考标准：u 1. 评估使用不同串行总线在网络上连接各种器件的系统成本。例评估使用不同串行总线在网络上连接各种器件的系统成本。例如，在汽车应用中，一个只需要简单控制功能的系统可以用像如，在汽车应用中，一个只需要简单控制功能的系统可以用像LIN这类低成本的串行总线来管理。这类低成本的

14、串行总线来管理。u 2. 在效率、速度和可靠性方面确定对你最重要的性能。例如，对在效率、速度和可靠性方面确定对你最重要的性能。例如，对于一个安全关键系统来讲，可靠性是极为重要的，故而于一个安全关键系统来讲，可靠性是极为重要的，故而CAN是较是较好的选择。好的选择。u 3. 确定在网络上将连接多少器件，以及总线将可能具有的电容量确定在网络上将连接多少器件，以及总线将可能具有的电容量。有些串行总线对连在网络上的器件数目有限制。有些串行总线对连在网络上的器件数目有限制。u 4. 注意器件间的距离，有些串行总线只支持短距离通信。注意器件间的距离，有些串行总线只支持短距离通信。u 5. 如果用在汽车中，

15、如果用在汽车中，CAN或或LIN是较好的选择。由于它们具有是较好的选择。由于它们具有很强的鲁棒性，因此具有较强的容故障能力和传输可靠性。很强的鲁棒性，因此具有较强的容故障能力和传输可靠性。整理整理ppt四、下位机软件设计四、下位机软件设计 u4.1 系统软件整体结构系统软件整体结构 u4.2 通信协议通信协议 u4.3 下位机软件设计下位机软件设计 u4.4 小结小结 整理整理ppt4.1系统软件整体结构系统软件整体结构 u 数据采集系统整体流程图数据采集系统整体流程图 整理整理ppt4.2 通信协议通信协议u 设计思路设计思路 当选择好需要采集的通道和对应通道的变量后，需要点击当选择好需要采

16、集的通道和对应通道的变量后，需要点击上位机的上位机的“确认确认”按钮将该次选中的结果发送给下位机，按钮将该次选中的结果发送给下位机，通知下位机做好准备。每个通道对应一个通知下位机做好准备。每个通道对应一个“确认确认”按钮。按钮。下位机收到上位机命令后，首先对命令的正确性进行判断下位机收到上位机命令后，首先对命令的正确性进行判断，当命令正确并且下位机能正确执行命令时，下位机发送，当命令正确并且下位机能正确执行命令时，下位机发送肯定的回告给上位机，表示命令正确执行。当命令不正确肯定的回告给上位机，表示命令正确执行。当命令不正确或由于某种原因不能正常执行时返回否定的回告，表示命或由于某种原因不能正常

17、执行时返回否定的回告，表示命令没有被执行。这种回告机制在该系统的通信中一直保持令没有被执行。这种回告机制在该系统的通信中一直保持。对通道选择命令而言，只有在通道选择命令收到肯定的。对通道选择命令而言，只有在通道选择命令收到肯定的回告之后才可以发送命令回告之后才可以发送命令“开始采集开始采集”。默认情况，所有。默认情况，所有通道的所有变量都被选中，通道选择命令已被发送并收到通道的所有变量都被选中，通道选择命令已被发送并收到肯定的回告，这样做的目的是方便数据采集时的操作，减肯定的回告，这样做的目的是方便数据采集时的操作，减少操作时间。少操作时间。整理整理ppt通讯协议格式通讯协议格式u 1、通道选

18、择、通道选择 u 2、触发方式、触发方式 u 3、控制命令、控制命令u 4、预触发时间、预触发时间 u 5、回告、回告 u 6、主辅、主辅MCU间通信间通信 整理整理ppt4.3下位机软件设计下位机软件设计u 主主MCU的整体软件流程图的整体软件流程图 整理整理ppt辅辅MCU设计设计u 辅辅MCU的主要功能包括：接收主的主要功能包括：接收主MCU的命令，将主的命令，将主MCU导入的需要保存的数据存储在导入的需要保存的数据存储在PSRAM，将存储在，将存储在PSRAM中的数据传给上位机。中的数据传给上位机。整理整理ppt4.4小结小结u 本节介绍了该数据采集系统的整体软件结构，主要介绍了本节介

19、绍了该数据采集系统的整体软件结构，主要介绍了下位机软件的主要功能和实现方法，对主下位机软件的主要功能和实现方法，对主MCU和辅和辅MCU的实现分别进行了阐述。经过实际应用检验，该软件运行的实现分别进行了阐述。经过实际应用检验，该软件运行稳定，能满足系统应用需求。稳定，能满足系统应用需求。整理整理ppt五、总结五、总结u 首先，完成该系统通信协议的设计。通信贯穿整个数据采首先，完成该系统通信协议的设计。通信贯穿整个数据采集系统，因此协议的规定是整个项目开发过程中一项重要集系统，因此协议的规定是整个项目开发过程中一项重要工作。借鉴工作。借鉴CAN网络应用层的一些协议格式，本文设计了网络应用层的一些协议格式，本文设计了上位