毕业论文-基于ARM的CAN总线智能照明控制系统设计说明

1、 毕业设计(论文)指导本课题的题目是基于CAN总线的智能照明控制系统。设计 摘要本设计是智能照明控制系统。它基于CAN总线。在设计中，我们使用主从网络节点。通过主节点与多个从节点之间的主通信，实现对照明设备的远程实时监控。主节点使用ARM7系列XP LPC 2119微处理器，集成了内部CAN控制器和PCA 82 c 250收发器，设计了主节点的硬件原理图，并创建了主节点的硬件电路板。从节点使用STC89C52microcontrollerSJA1000单机版控制器和PCA 82 c 250 can bust transce iver design from the henoderware sc

2、hematic diagram并创建两个节点电路板。通过将主节点和从节点实验电路板放入主网络，构成一个主节点和若干从节点照明控制局域网。利用该网络对总线照明控制系统进行研究和实验测试。本文详细介绍了CAN总线的主从节点、软硬件设计原理、CAN总线通信原理、can总线应用层协议的制定、SD卡存储技术、tft彩色显示、触摸屏技术等实用友好的接口。TFT LCD是这种设计中最出色的一个。在设计中，我们模拟了工业控制流程图，涉及到工艺流程、照明设备、板卡，精心绘制显示。进而使控制系统更加清晰形象和生动。先进便捷的触摸屏输入技术是设计的第二大亮点。因为它为所有者提供了方便的输入。第三个亮点是光设备离线检

3、测。所以我们不时用ask，fromthenodeofflinedetection。简而言之，在本设计中，主节点对多路远程设置和监控功能进行了研究。独立设置的从节点，控制lampdeviceofthenodefromthenode的功能。整个系统是可靠的，正常的通信，通信拥塞，崩溃等等。开发具有一定应用价值的系统软硬件，实现有效的控制照明设备。关键词:CAN总线；节点；照明控制；TFT触摸屏技术；sd卡目录 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160719 摘要I HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160720 A

4、bstractII HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160721 1绪论1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160722 1.1 课题背景1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160723 1.2 现场总线的技术特点和现状1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160724 1.3 课题的提出与意义2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160725 2系统设计3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160726 2.1 设计要求3 HYPE

5、RLINK l _RefHeading_Toc326160727 2.2 总体设计方案3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160728 2.2.1 设计思路3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160729 2.2.2 方案论证与比较4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160730 主控制器4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160731 CAN控制器选择4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160732 CAN收发器5 HYPERLINK l _RefHea

6、ding_Toc326160733 CAN通信电缆5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160734 2.2.3 系统结构框图5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160735 3硬件设计7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160736 3.1 系统硬件结构7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160737 3.2 系统单元电路设计8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160738 3.2.1 主节点单元电路设计8 HYPERLINK l _RefHeading_

7、Toc326160739 ARM7最小系统设计8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160740 TFT彩屏电路设计9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160741 SD卡接口电路设计10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160742 CAN总线电路设计10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160743 蜂鸣器与ISP下载选择电路设计12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160744 键盘电路设计13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc3

8、26160745 电源电路设计13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160746 串口通信电路设计14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160747 3.2.2 从节点单元电路设计14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160748 单片机最小系统设计14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160749 液晶接口电路设计16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160750 CAN总线电路设计18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160

9、751 键盘电路设计21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160752 串口通信电路设计22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160753 4软件设计23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160754 4.1 系统软件结构23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160755 4.1.1 主节点软件结构23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160756 4.1.2 从节点软件结构23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160757 4

10、.2 系统程序模块设计24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160758 4.2.1 主节点程序模块设计24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160759 初始化模块程序设计25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160760 CAN协议模块设计27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160761 TFT液晶显示模块设计31 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160762 触摸屏模块程序设计34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160

11、763 SD驱动模块设计35 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160764 串口驱动模块设计36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160765 蜂鸣器驱动模块设计37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160766 4.2.2 从节点程序模块设计38 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160767 初始化程序模块设计39 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160768 CAN协议模块设计40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc32616076

12、9 照明信号数据处理模块设计41 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160770 键盘扫描与处理模块设计42 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160771 照明灯定时控制模块设计43 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160772 液晶显示模块设计44 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160773 5系统测试46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160774 5.1 测试准备46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160775 5.1

13、.1 测试条件46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160776 5.1.2 硬件环境46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160777 5.1.3 软件环境46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160778 5.2 测试系统46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160779 5.2.1 测试项目46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160780 5.5.2 测试步骤47 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160781 5.2.3

14、 测试结果48 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160782 6结束语52 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160783 致53 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160784 参考文献54 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160785 附录1 基于CAN总线的智能照明控制系统原理图55 HYPERLINK l _RefHeading_Toc326160786 附录2 基于CAN总线的智能照明控制系统PCB板图56 HYPERLINK l _RefHeading_Toc32616078

15、7 附录3 基于CAN总线的智能照明控制系统程序清单581导言1.1主题背景现场总线是用于现场仪表、控制系统和控制室之间的全分布式、全数字化、智能化、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。它作为工业数据通信网络的基础，沟通生产过程中现场级控制设备与其上级控制管理之间的联系。现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的趋势，自诞生以来就成为全球自动化技术的热点。它的出现导致了当前生产自动化系统的结构和设备的深刻变化。照明是利用各种光源照亮工作和生活场所或个别物体的一种措施。利用太阳能和天光的称为“自然采光”，利用人工光源的称为“人工采光”。照明控制是控制照明质量和数量，调节各种光

16、源使用状态的具体手段，包括人工光源和自然光源，以达到更加舒适、美观、节能的照明环境。随着科学技术的发展和人们物质精神生活水平的提高，照明不仅要满足人们视觉亮度的要求，还要满足艺术性的要求。要创造丰富多彩的意境给人欣赏。自1973年世界发生第一次能源危机以来，国际社会越来越重视照明节能，提出了“绿色照明”的概念。照明控制在绿色照明工程的发展中起着非常重要的作用，这也在很大程度上促进了照明控制技术的发展。因此，本课题就是利用CAN总线控制网络和性价比高、安全可靠的照明设备组成CAN网络智能照明控制系统。因为涉及到相关的总线技术，我先介绍一下它的内容。1.2现场总线的技术特点和现状(1)系统是开放的

17、。(2)具有互通性和互操作性。(3)使现场设备智能化和功能自主化。(4)系统结构高度分散。(5)对野外环境适应性强。(6)系统成本低，性能高。80年代中期，德国、法国等欧洲国家的一些大公司相继推出了自己的现场总线产品，并制定了自己相应的标准。90年代以来，现场总线技术发展迅速，出现了百家争鸣的局面。全世界开发了几十种现场总线。然而，经过实际应用，这些现场总线产品的优缺点日益明显。这些现场总线技术逐渐变得有影响力，并在一些特定的应用领域显示出其优势。CAN局部控制网络是目前应用最广泛的现场总线之一。它是多主总线。网络上的任何节点都可以随时主动向网络上的其他节点发送信息，无论主从。节点之间有优先级

18、，所以通信方式灵活。可以通过多种方式发送和接收数据，例如点对点、点对多点(群组)和全局广播。使用CAN无损位仲裁技术和优先级发送可以大大节省总线冲突仲裁时间，在重负载下表现良好。它最早用于汽车行业，随着CAN总线技术的不断发展，其应用领域也不断扩大。如今在机器人、数控技术、自动化仪表、航空工业等领域都能看到CAN的影子。1.3课题的提出及意义自1973年世界发生第一次能源危机以来，国际社会越来越重视照明节能，提出了“绿色照明”的概念。照明控制在绿色照明工程的发展中起着非常重要的作用，这也在很大程度上促进了照明控制技术的发展。传统的照明控制技术主要以手动照明控制为主，只能实现简单的开关控制和调光

19、控制。使用电气参数(电压、电流、频率等。)设置在灯电路中实现调光控制。这种传统的照明控制模式，功能简单，布线复杂，已经远远不能满足当今社会发展的要求。随着计算机技术、网络通信技术、微电子技术、现场总线技术等的发展。使用现场总线的智能节点组成局部控制网络，形成网络化控制，将成为智能照明控制的发展趋势。因此，有必要研究照明控制在现场总线上的应用，因为有必要研究现场总线与照明控制相结合的技术。而CAN总线是现场总线的杰出代表之一，因此研究CAN总线对照明的控制具有重要的意义。这不仅促进了智能照明控制技术的发展，也拓宽了现场总线的应用领域。还能实现“绿色照明”，节约能源。考虑到照明控制技术与现场总线技

20、术的结合构成了智能网络照明控制系统的未来发展趋势，我们有必要研究基于现场总线局域网的智能照明控制技术。基于此，本课题提出了基于CAN总线的智能照明控制系统的设计。本课题的主要任务是研究CAN总线在智能照明设备控制系统中的应用，开发三个智能CAN总线节点，并利用这三个节点构建一个CAN总线局域网，从而实现远距离多节点照明控制方案。设计中采用一个主节点和两个从节点，通过主节点控制两个从节点上的两个照明灯，照明灯由AC220V供电，并制作继电器控制模块，实现强电弱电隔离。通过长距离(约20米)多节点网络化控制测试，几乎满足了实际照明控制系统的所有要求，具有较大的实际应用意义。2系统设计2.1设计要求

21、本课题要求设计一种基于CAN总线的智能照明控制系统。设计中采用主从节点网络设计方案，通过主节点实时监控每个从节点的照明灯。系统需要设计一个主节点和多个从节点，模拟应用现场进行实验研究。主节点具有实时监控各从节点照明灯开关时间和状态的功能。在主节点上，主节点可以随时设置所有从节点灯光开关时间和状态，从节点也可以随时设置本节点灯光设备的开关条件。此外，无论照明设备的开关状态或剩余时间在哪里发生变化，主节点和从节点上的显示都可以实时更新。此外，该系统还具有离线检测、通信指示和操作指示功能。当从设备被手动从总线上移除或者节点由于总线部分断开而离线时，可以实时显示在主节点的监控界面上。此外，系统具有通信

22、失败指示，当与主节点连接的总线断开时，主节点会做出相应的通信异常指示。2.2总体设计方案2.2.1设计理念本设计是基于CAN总线的现场测控网络。设计中采用主从总线网络结构实现主从节点间的信息交换。另外，采用了CAN总线的双接受过滤技术，保证同时支持CAN总线的点对点通信和广播通信模式，为节点间的正确通信打下了良好的基础。该系统的工作流程是:首先，主节点通过触摸屏输入各从节点的灯光控制信息，点击确定后，将各从节点的设置信息点对点发送给各从节点，然后通过广播向各从节点发送启动灯光信号，保证各从节点灯光同时启动。在从节点设备接收到灯设置信息和确定信号之后，从节点解包并翻译接收到的信息，并且生成照明开

23、关控制信号和定时器控制信号以控制灯设备。在正常操作模式(非设置模式)下，主节点连续向每个从节点发送数据请求帧。只有当从节点收到以自身节点号为目标地址的数据请求帧时，才会将自身照明设备的开关状态和剩余时间发送给主节点进行更新和显示，从而实现主节点对从节点的实时监控。当从节点改变其自身的灯控制信息时，主节点不断地从从节点请求数据，因此每个从节点的灯信息也可以在主节点上动态更新。为了实现离线检测功能，主节点检查每个从节点是否在指定时间向主节点发送了数据。如果没有发送数据，则认为从节点已从总线断开，即节点离线。否则，从节点处于在线状态。在运行指示功能中，当主节点的主程序停止运行时，表示运行异常。实现如

24、下:首先定义一个全局变量WorkCount，在主节点主程序的while循环中自动添加。当while循环执行一次时，变量将增加1。当变量达到某个设定的阈值时，它将进入反向运行指示器的状态，并重置工作计数，这样当主程序仍在运行时，运行指示器将保持闪烁。2.2.2方案论证和比较考虑到实际因素的制约，无法考虑成本高和实验室难以制造的设备。由于照明设备所处的环境差异较大，有些环境比较恶劣，所以在降低成本的同时需要保证数据通信的可靠性。因此，在选择器件时，应优先考虑上述因素。主控制器对于从节点MCU的选择，我们使用常用的STC89系列MCU，如STC89C52。选择这种MCU的原因:(1)从节点功能单一，

25、程序量小，使用这种类型的单片机不需要扩展程序内存。(2)起数据采集和输出控制作用的智能从节点的数据会随时间发送出去，所需的本地存储器容量不大，采用这种类型的单片机不需要扩展数据存储器；(3)选择这种类型的单片机，可以使用德国Keil公司生产的Keil软件开发工具，该工具在代码生成方面处于世界领先地位。这个开发工具很容易获得，界面友好，我们也很熟悉。具有兼容MCS-51的头文件，编程方便，开发周期短，开发效率高。因此，我们选择STC89C52单片机作为从节点的主控制器。(4)STC89系列单片机具有丰富的中断和计数器资源；指令与MCS51兼容，方便编写软件。经过比较，选择STC89C52单片机作

26、为智能从节点的主控芯片。对于主节点来说，由于需要较大的RAM容量来存储和处理多个节点灯的数据，并且为了建立友好的人机界面，还需要彩屏、触摸屏、SD卡、串口、蜂鸣器、CAN接口电路等外设。程序比较大，需要的ROM大。另外，主节点需要处理大量的数据，这就要求运算速度很快。乘法常用于数据处理。然而，普通的STC89C52单片机运算速度慢，RAM和ROM小，没有集成硬件乘法器和CAN控制器。因此，没有选择STC89C52单片机作为主节点的主控制器。LPC2119ARM微处理器运行速度快，其16KRAM和128K闪存可以满足主节点的内存需求。此外，LPC2119处理器集成了硬件乘法器和can控制器，可以

27、提高可靠性和降低制造成本。另外LPC2119处理器功耗低，只需要3.3V和1.8V电源，功耗更低。因此，主节点采用恩智浦公司生产的LPC2119微处理器作为主控制器。控制器选择CAN控制器的选择会对整个系统的成本产生很大的影响。目前市场上的can控制器可以分为嵌入式MCU(或DSP)和独立CAN控制器两大类。(1)主节点CAN控制器的选择由于主节点选用LPC2119处理器，其部分集成了CAN控制器，所以主节点不需要选择独立的CAN控制器。(2)从节点中选择CAN控制器考虑到从节点控制任务简单，为了降低成本，选用了常用的STC89C52作为主控制器，其部分没有集成CAN控制器，所以选用了独立的C

28、AN控制器芯片。这里用的是飞利浦公司的独立CAN控制器SJA1000，是目前国内市场上最流行的。它与单片机的接口简单，访问SJA1000就像访问单片机的外部RAM一样。操作简单方便。而且SJA1000是支持CAN2.0B协议的CAN控制器芯片，价格也不高。它可以在线封装并且易于制造。因此，我们选择SJA1000作为从节点的CAN控制器。收发器对于CAN收发器，虽然有TJA1050、PCA82C252、CF15、Si9200但是PCA82C250在市场上应用广泛，有很多相关的设计，所以选择PCA82C250作为CAN收发器。CAN通信电缆为了提高CAN总线通信的可靠性和抗干扰能力，我们采用双绞线

29、作为CAN总线通信电缆。双绞线减少了自身对外界的电磁辐射，同时提高了对外界电磁辐射的抗干扰能力。此外，当平行对传输高频信号时，由于两条线之间的电容，信号相位会滞后。当并联线对绞合时，同时会形成串联电感，抵消电容的影响，从而提高通信可靠性。2.2.3系统结构框图本系统主要采用主从总线网络结构。该网络结构具有结构简单、布线容易、成本低、易于编程的优点。该系统由CAN主节点、多个CAN从节点、执行器和灯具设备组成。在主节点上，您可以设置或监控所有从节点的开关灯状态和剩余时间。从节点也可以设置自己的灯状态。网络中可以实现点对点通信和广播传输，保证帧信息的正确到达。系统的总体结构框图如图2.1所示:CA

30、N_LCAN_H120120CAN1(从节点)CAN2(从节点)卡恩(从节点)CAN0(主节点)1盏照明灯2盏照明灯照明灯图2.1整体系统结构框图智能通信节点主要由三部分组成:MCU处理器、CAN总线控制器和相应的输入输出设备。首先，主节点通过CAN总线网络向特定的从节点发送带有照明控制信号的控制信息。从节点接收到控制信息后，根据主节点的控制要求，经过适当的处理，产生特定的照明控制信号，从而控制相应的照明设备。从而实现照明设备的定时开关控制。同时，从节点不断采集相应照明灯具的开关状态、当前剩余时间等数据，通过CAN网络发送给主节点进行显示，从而实现对各照明设备的实时监控。另外，照明灯的控制信号

31、可以设置在照明设备现场的从节点上，也可以设置在控制室的主节点上。无论照明设备的控制信号在哪里发生变化，主从节点上的显示状态都可以实时刷新。使得系统控制灵活方便。3硬件设计3.1系统硬件结构系统的硬件结构主要包括主节点的硬件电路结构和从节点的硬件电路结构，以及继电器模块。主节点由LPC2119ARM7处理器、TFT彩色触摸屏、串口、SD卡、CAN总线驱动电路、蜂鸣器、JTAG接口、独立键盘、电源电路等模块组成。主节点的硬件结构图如图3.1所示。图3.1主节点的硬件结构从节点由STC89C52单片机、LCM1602液晶显示模块、串口、独立键盘、SJA1000组成CAN控制器电路、CAN总线驱动电路

32、、继电器控制电路等模块。从节点的硬件结构图如图3.1所示。图3.2从节点的硬件结构3.2系统单元电路设计3.2.1主节点单元电路设计 arm 7最小系统设计LPC2119最小系统电路主要由LPC2119ARM7处理器、时钟振荡电路和复位电路组成。振荡器电路采用给定模式，外接一个11.0592MHZ晶体振荡器和两个22pF启动电容。外部晶振和处理器单元的反相器组成振荡电路，产生振荡时钟，经PLL(或旁路PLL)倍频后为CPU提供工作时钟。复位电路采用阻容复位电路。由于LPC2119微处理器的有效复位信号为低电平，电容接地，电容的另一端接复位端口，保证复位端口为高电平，从而处于正常工作模式。LPC

33、2119最小系统的电路原理图如图3.3所示。图3.3 LPC 2119最小系统电路原理图 TFT彩屏电路设计TFT彩屏电路包括彩屏模块电路(可移动部分)和控制器与彩屏模块之间的接口电路。其中彩屏模块电路主要由TFT液晶电路、触摸屏电路和背光电路组成。触摸屏采用4线电阻式触摸屏，触摸屏控制器采用12位A/D转换精度的XPT2046芯片。TFT模块的电路原理图如图3.4所示。图3.4 TFT液晶模块电路原理图TFT LCD模块接口电路原理图是处理器和TFT LCD模块接口之间电路的一部分。它主要由一个34针双列直插式插座和少量电阻电容组成，用于为TFT液晶模块提供一个连接TFT液晶模块和处理器的插

34、头接口。TFT模块接口电路原理图如图3.5所示。图3.5 tft LCD模块接口电路示意图sd卡接口电路的设计SD卡(安全数字存储卡)，中文翻译为安全数字存储卡，是基于半导体闪存的新一代存储设备。它广泛用于便携式设备，如数码相机、个人数字助理(PDA)和多媒体播放器。SD卡是1999年8月由日本松下、东芝和美国SanDisk公司联合开发的。SD存储卡，邮票大小，仅重2克，但存储容量大，数据传输速率快，移动性大，安全性好。SD卡有两种工作模式，即SD模式和SPI模式。这里由于LPC2119处理器没有SD卡接口，SD模式复杂，所以采用SPI接口模式操作SD卡。SD卡刚连接时，默认工作模式是SD模式

35、，可以通过SD指令切换到SPI模式。然后通过SPI总线读写SD卡。SD卡的引脚CD(CS)、CMD(MOSI)、DATA0(MISO)和CLK(SCLK)分别连接到处理器LPC2119的P0.4、P1.17、P1.19和P1.17。利用IO口模拟SPI总线操作，读写SD卡数据。SD卡接口电路原理图如图3.6所示。图3.6卡接口电路示意图总线电路设计CAN总线电路主要包括CAN控制器和CAN总线驱动器。CAN控制器主要集成在LPC2119ARM处理器中，所以这里不介绍它的硬件。这里主要详细介绍CAN总线驱动电路。本设计采用了恩智浦公司生产的应用最广泛的CAN总线收发器PCA82C250。主要用于

36、汽车中高速领域，支持ISO-11898标准。PCA82C250是CAN控制器和物理总线之间的接口。它提供了总线的差分发送和接收能力，增加了通信距离，提高了系统的瞬时抗干扰能力，保护了总线，减少了射频干扰。它具有限流电路，可以防止传输和输出级对电源、地或负载短路。虽然发生短路时功耗会增加，但不会损坏输出级。如果结温超过160左右，两个发射器输出端的限制电流会降低，发射器是功耗的主要部分，从而限制了芯片的温升。设备的所有其他部分将继续工作。PCA82C250采用双线差分驱动，有助于抑制恶劣电气环境下的瞬态干扰。PCA82C250具有以下特性:符合ISO-11898标准。高速(最高1 Mbps)；总

37、线保护能力，可以抵抗汽车环境下的瞬时干扰；采用斜率控制降低射频干扰(RFI)；差分接收机，宽带抗共模干扰，抗电磁干扰(EMI)；过热保护；母线和电源与地之间的短路保护；低电流待机模式。未通电的节点对总线没有影响；总线可以连接至少110个节点。PCA82C250引脚图如图3.7所示，引脚功能描述如表3.1所示。表3.1 PCA82C250引脚标志别针功能描述数据发送一个发送数据输入地线2陆地VCC三供电电压接收数据四接收数据输出参考电压（VoltageReference）五基准电压输出CANH六低电平CAN电压输入/输出加拿大自然历史博物馆七高电平CAN电压输入/输出同悦八斜坡电阻输入图3.7

38、PCA 82 c 250的引脚图CAN总线驱动电路主要由CAN总线收发器PCA82C250、收发器指示电路、终端电阻等组成。当跳线P3短路时，120欧姆的终端电阻连接在CAN_H和CAN_L之间，这可以由用户选择。P4是CAN总线接口，连接到外部总线。LEDs D7、D8用于指示CAN总线的发送和接收，R15是一个斜率电阻。可以通过改变R15的电阻值来改变发射器晶体管的上升和下降斜率，以减少射频RFI干扰。CAN总线驱动电路如图3.8所示。图3.8 CAN总线驱动电路蜂鸣器和ISP下载选择电路的设计蜂鸣器电路由S8550三极管、蜂鸣器和电阻组成。三极管主要作为电子开关，控制蜂鸣器是否有电流流过

39、。S8550晶体管(PNP)的基极通过一个2K限流电阻连接到LPC2119处理器的端口P0.2。当处理器P0.2输出低电平时，三极管导通，电流从蜂鸣器1脚流经蜂鸣器，再从三极管的发射极流到集电极(地)，于是蜂鸣器发出蜂鸣声。当处理器P0.2端口输出高电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器使蜂鸣器停止工作。蜂鸣器驱动电路如图3.9所示。此外，LPC2119可以通过三种方式编程:= 1 * GB3使用JATG仿真/调试器通过JATG接口下载程序。= 2 * GB3使用系统编程技术(即ISP)通过UART0接口下载程序。= 3 * GB3在应用编程技术(即IAP)中，通过这种方式，用户可以在其程序运

40、行时擦除或编程Flash。本设计采用了系统编程技术(即ISP)。系统上电时，系统会先检查处理器P0.14引脚是否处于低电平，如果是，则进入ISP编程模式，开始下载程序。如果不是，程序从0000H地址开始执行。所以设计了跳线帽JP1供用户下载程序。ISP模式选择电路如图3.10所示。图3.9蜂鸣器驱动电路图3.10 ISP下载模式选择电路键盘的电路设计本设计采用独立键盘，无论是硬件还是软件设计都相对简单。因为本设计所需按键数量少，所以使用独立键盘比较合理。键盘电路比较简单，主要由按键和上拉电阻组成。当按键未被按下时，处理器检测到其输入为高电平，当按键被按下时，其输入为低电平。处理器通过检测其输入

41、是高电平还是低电平来判断按键是否被按下。当然，在程序中，还是有抖动消除、按键识别、按键翻译等操作。键盘电路原理图如图3.11所示。图3.11键盘电路原理图电源电路设计在这个系统中，需要+5V、+3.3V和+1.8V的电源，所以这个设计包括三个电源模块，并且增加了一个额外的电源指示部分。首先，外部电源适配器输出的9V DC电压通过开关S1和二极管D1输入到系统中，并由电压调节器LM7805稳定到+5V DC。然后，+5V DC源分别输入到电压调节器AMS1117-3.3和AMS1117-1.8，输出+3.3V和+1.8V电源为处理器等供电。其中，二极管D1用于防止电源反接损坏系统，LED D2用

42、于电源指示。系统电源电路的原理图如图3.12所示。图3.12电源电路示意图串行通信电路的设计串行通信电路主要由SIPEX公司生产的SP3232EEA芯片和少量电容组成，主要用于开发程序时的编程和调试。SP3232EEA用于实现TTL电平和RS232电平之间的转换。在它外面接几个简单的电容就够了，组成一个通信电路。串行通信电路的原理图如图3.13所示。图3.13串行通信电路示意图3.2.2从节点单元的电路设计单片机最小系统的设计从节点的主控制器采用STC89C52单片机，包含128字节数据存储器和8K电可擦FLASH ROM，可重编程，其尺寸可以满足CAN总线照明控制系统智能从节点的软件设计要求

43、。最小系统电路原理图如图3.14所示。单片机最小系统主要包括复位电路、时钟振荡电路、外部接口等。下面将详细解释上述部分。图3.14 STC 89 c 52最小系统电路原理图复位电路:本设计采用了硬件简单的电容复位电路。该电路具有上电复位和按键复位功能。电路结构如图3.14所示。单片机上电前，电容C2上下两端的电位为0V，所以电容电压Uc2 = 0V上电后，电容C2上端的电位是+5V，所以还是Uc2 = 0V因为电容器上的电压不会突然改变。因此，电容器C2下端的电位为+5V。此时，复位端RST处于高电平，微控制器开始复位。由于复位端和GND之间连接有10K电阻，R4中流过电流，最终RST引脚变为

44、低电平，单片机返回正常工作模式。当按键复位时，S1闭合，电容C2旁路，复位端的RST处于高电平。当释放S1键时，RST处于低电平，MCU返回正常工作模式。时钟电路:STC89C52单片机的时钟电路有两种方式。= 1 * GB3单片机外部独立振荡电路产生的时钟信号通过单片机的XTAL1引脚输入，经过12分频后，提供给单片机工作时钟信号。= 2 * GB3通过一个外部晶振和两个30pF启动电容，与单片机的反相器组成振荡电路，产生振荡信号，经12分频后为单片机提供工作时钟信号。这里，采用模式2来获得时钟振荡信号。外部接口:CAN控制器SJA1000的数据口与LCD1602A的数据线复用，连接到单片机

45、的P0口。SJA1000 CAN控制器的片选端子CS、复位端子RST、数据锁存端子ALE和中断信号输出端子/INT分别与单片机的P2.7、P2.3、ALE和/INT1相连。液晶显示器接口电路的设计液晶显示电路主要由基于ST7920控制器的液晶模块SMC1602A和相应的简单电子器件组成。SMC1602A液晶模块的外形尺寸如图3.15所示；SMC1602A LCD接口电路原理图如图3.16所示。其中，液晶SMC1602A具有16条端口线，并具有可选的4位和8位位流处理能力。采用4位或8位并行数据传输，传输速度快。SMC1602A LCD模块的引脚功能描述如表3.2所示。表3.2 SMC 1602

46、 a液晶模块引脚功能描述数字标志Pin描述数字标志Pin描述一个虚存系统地面电源九D2数据输入输出2电源电压电源阴极10D3数据输入输出三轻链可变区液晶显示器偏置信号11D4数据输入输出四标准英语数据/命令选择器(高/低)12D5数据输入输出五读写读/写选择结束(高/低)13D6数据输入输出六E使能信号14D7数据输入输出七D0数据输入输出15BachelorofLiberalArts文（科）学士背光阳极八D1数据输入输出16良性苔癣样角化病背光源图3.15 SMC 1602 a液晶的外形尺寸图3.16液晶显示电路液晶显示电路主要通过三条控制线和八条数据口线与单片机连接，其中Rs为数据命令选择

47、线:当RS=0时，数据总线上的数据为命令，当RS=1时，数据总线上的数据为数据；WR是读写控制线:WR=0时是写液晶模块，WR=1时是读液晶模块；EN为使能信号端:当EN=下降沿时，写LCD有效；当EN=上升沿时，读取LCD数据有效。液晶的读取操作顺序如图3.17所示，写入操作顺序如图3.18所示。图3.17 SMC 1602 a液晶读取操作时序图图3.18 SMC 1602 a液晶写操作时序图总线电路设计本文设计的CAN总线智能通信从节点采用STC89C52作为节点的微处理器。在CAN总线通信接口中，采用恩智浦SJA1000实现CAN总线通信协议。单片机中的上层数据按照CAN总线帧格式打包发

48、送出去，接收到的数据拆包缓存供单片机读取。此外，SJA1000还具有数据校验、受理过滤、总线监控等功能。简而言之，SJA1000是CAN总线通信的核心部件，是CAN总线协议的实现者。为了更好的理解CAN总线控制器的接口电路，我们先介绍一下独立的CAN通信控制器SJA1000。SJA1000是恩智浦PCA82C200CAN控制器的替代品。SJA1000有英特尔模式和摩托罗拉模式，是专门为支持各种微处理器的时序特性而设计的。此外，SJA1000有两种工作模式:BasicCAN和PeliCAN。PeliCAN的工作模式支持CAN 2.0B协议，具有许多新功能。SJA1000的引脚图如图3.19所示，

49、引脚功能描述如表3-3所示。图3.19 sja 1000引脚图SJA1000在软件和引脚上兼容其之前的PCA82C200独立CAN控制器，并在此基础上增加了很多新功能。为实现软件兼容，SJA1000采用两种工作模式:基本扫描模式(PCA82C200兼容模式)和鹈鹕模式(模式扩展特征模式)。工作模式由时钟分频器寄存器的CAN模式位选择。SJA1000的主要新特性如下:标准和扩展结构消息的接收和发送64字节接收FIFO标准和扩展帧格式都有单/双接收滤波器(包括接收掩码和接收代码寄存器)。具有读/写权限的错误计数器可编程虚警限值最近的错误代码寄存器每个CAN总线错误都会产生一个错误中断。具有丢失仲裁

50、定位功能的丢失仲裁中断单次模式(当错误或仲裁丢失时，不会再次发送)只听模式(监控CAN总线时无响应且无错误信号)支持热插拔(无干扰软件驱动的比特率检测)禁止硬件CLKOUT输出。表3.3 SJA1000引脚功能SJA1000引脚功能标志别针功能AD0 - AD72,1,28 23地址/数据多路复用总线麦芽酒三数据锁存信号(英特尔模式)或使能信号(摩托罗拉模式)/CS四片选信号输入，低电平允许访问SJA1000。/RD五微控制器的读取信号(英特尔模式)或E信号(摩托罗拉模式)/WR六微控制器的写信号(英特尔模式)或读写信号(摩托罗拉模式)输出时钟七时钟输出端口:SJA1000振荡器通过可编程分频

51、器得到的时钟信号通过CLKOUT端口输出给外部电路。可编程禁用输出。VSS1八逻辑地XTAL1九振荡放大器输入，外部振荡放大器信号通过此引脚输入。XTAL210振荡放大器输出，当使用外部振荡信号时，此引脚必须开路。方式11模式选择输入:1 =英特尔模式，0 =摩托罗拉模式VDD312输出驱动器5V电源TX013从输出驱动器0到物理总线的输出TX114从输出驱动器1到物理总线的输出VSS315输出驱动器接地/INT16输出端用于向微控制器提供中断信号。/RST17复位输入用于重启CAN接口(低电平有效)。VDD218输入比较器5V电源SJA1000引脚功能标志别针功能RX0 RX119 20从物

52、理总线到SJA1000输入比较器的输入端。主导电平将唤醒睡眠模式中的SJA1000。当RX0高于RX1时，读为隐性电平，否则为显性电平。VSS221输入比较器接地VDD122电路5V电源SJA100CAN总线通信控制器的接口电路如图3.20所示，SJA1000的数据线AD0AD7与STC89C52微控制器的数据线P0口相连。片内线路选择CS连接到STC89C52的最高地址线P2.7。当CPU对片外存储器地址进行操作时，可以选择SJA1000，CPU可以通过这些地址对SJA1000进行相应的读写操作。SJA1000的RD、WR和ALE连接到STC89C52的相应引脚，INT连接到STC89C52

53、的外部中断1。通过SJA1000的中断信号，触发STC89C52微控制器处理相应的事务(例如，从SJA1000的接收缓冲器中提取数据)。SJA1000的发送和接收总线上拉有两个LED通信指示灯，用来指示CAN总线通信是否成功，方便直观地发现通信故障，有利于故障检测和维修。图3.20 sja 1000接口电路原理图PCA82C250是恩智浦公司生产的CAN总线收发器。它是CAN控制器和物理总线之间的接口。它可以向总线提供差分传输能力，向CAN控制器提供差分接收能力，增加通信距离，提高系统瞬时抗干扰能力，保护总线，减少射频干扰。它具有限流电路，可以防止传输和输出级对电源、地或负载短路。此外，如图3

54、.21所示，PCA82C250与CAN总线的接口也采用了一些安全和抗干扰措施。PCA82C250的CANH引脚和CAHL引脚分别通过一个5 电阻连接到CAN总线。该电阻可以在一定程度上限制电流，保护PCA82C250免受过流的影响。在CANH和CANL与地之间并联两个30pF的小电容，可以滤除母线上的高频干扰，防止电磁辐射。PCA82C250的Rs引脚接一个斜坡电阻，可以根据总线通信速度适当调整，一般在16-140k之间。PCA82C250 CAN收发器电路原理图如图3.21所示。图3.21 CAN总线驱动电路原理图键盘的电路设计电路采用相对简单的独立键盘，能够满足设计要求，成本低，编程相对简

55、单。四个独立的按键分别连接到单片机INT0和P1.0-P1.2。由于P1端口的每个部分都连接有一个上拉电阻，所以当连接外部按键时，我们不需要连接上拉电阻。键盘电路如图3.22所示。图3.22键盘电路原理图串行通信电路的设计从节点的串行通信电路主要由Maxim公司生产的Max232芯片和相应的通信指示电路组成，主要用于单片机程序的编程和调试。Max232用于实现TTL电平和RS232电平之间的转换。只要在它外面接几个简单的电容，就足以成为一个通信电路。为了便于检查和排除故障，可以在通讯线上连接两个通讯指示灯，方便检查和维修。串行通信电路如图3.23所示。图3.23串行通信电路4软件设计4.1系统

56、软件结构该软件是用C语言编写的，C语言是一种流行的高级计算机语言。它具有语言简洁紧凑、生成的目标代码质量高、程序执行效率高、易于阅读、移植性好、结构性强、模块化设计方便等优点。在本系统的软件设计中，采用模块化设计思想，根据系统的功能划分模块，然后依次对功能模块进行编程。这使得向系统添加新功能变得非常容易，并且对于构建复杂的应用以及提高代码的可读性和可重用性也非常有益。尤其是在后续的产品更新、程序维护、升级等方面。系统软件结构主要包括两部分:主节点软件结构和从节点软件结构。4.1.1主节点软件结构主节点是整个CAN总线智能照明控制系统的核心单元，管理多达110个从节点照明设备。它需要强大的数据存

57、储、计算和处理能力以及友好的人机界面。因此，主节点的软件结构设计及其程序模块的划分将直接影响整个照明控制系统的性能。因此，合理规划主节点的软件结构和模块划分是非常有意义的。在本次设计中，经过精心的设计和规划，将主节点系统软件分为七大模块，分别是系统初始化模块、CAN协议模块、TFT LCD模块、SD卡驱动模块、UART驱动模块、触摸屏键盘扫描模块和蜂鸣器驱动模块。主节点软件结构如图4.1所示:系统初始化SD卡驱动模块TFT LCD模块CAN协议UART驱动模块触摸屏扫描蜂鸣器驱动模块图4.1主节点的软件结构4.1.2从节点软件结构从节点是单个照明单元的控制中心，照明设备致动器用照明设备切换灯的

58、开关动作完全取决于从节点的控制。因此，照明设备能否正常工作，直接取决于从节点的软件设计。合理划分从节点的程序模块可以有效提高软件的健壮性。经过慎重考虑，将从节点软件分为六个模块，分别是系统初始化模块、CAN协议模块、灯光控制信号数据处理模块、键盘扫描与处理模块、灯光定时控制模块和液晶显示模块。从节点软件结构如图4.2所示:系统初始化模块键盘扫描和处理模块说明控制信号数据处理CAN协议照明灯的定时控制模块液晶显示模块图4.2从节点的软件结构4.2系统程序模块设计4.2.1主节点程序模块的设计从图4.1可以看出，主节点系统程序主要由七个模块组成，分别是系统初始化模块、CAN协议模块、TFT LCD

59、模块、SD卡驱动模块、UART驱动模块、触摸屏键盘扫描模块和蜂鸣器驱动模块。而节点的主程序是这些程序模块的调用者，是实现主节点功能的途径，所以设计了其他程序模块为主程序服务，实现主节点监控从节点灯的功能。如图4.3所示，是主节点的主程序流程图。首先初始化主节点的硬件设备，如TFT彩屏、SD卡、CAN控制器、中断系统等。，然后显示监控界面1，然后进入无限工作循环。在该工作周期中，进行以下工作:首先，判断当前模式是否已进入灯设置模式，如果是，则停止向从节点发送数据请求帧。如果不处于灯设置模式，它依次向每个从节点发送数据请求帧，请求从节点返回其灯数据。然后判断触摸键是否被按下，如果是，则进行相应的按

60、键处理并刷新显示，最后检测主节点的运行和通信状态以及从节点是否离线。这样，主节点处理并完成从设备监控、设置、离线检测、操作指示、通信指示等所有主要功能。图4.3主节点的主程序流程图初始化模块编程在主节点软件结构中，系统初始化程序是系统正常工作的基础，是系统进入工作循环时执行的第一段代码。通过系统初始化，主节点的硬件设备被设置为某种状态，以等待备份。系统初始化模块主要包括五个部分:TFT LCD初始化、UART0初始化、CAN1初始化、SD卡初始化和触摸屏中断初始化。(1)TFT液晶的初始化:首先配置TFT液晶接口的管脚。由于液晶接口的数据线和控制线是用LPC2119控制器的GPIO口模拟的，所