基于CAN总线的电池数据传输【毕业设计】.doc

1、本科毕业论文（20届）基于CAN总线的电池数据传输所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要摘要随着能源消耗、环境恶化等问题的日益严重，电动汽车和混合动力汽车自身具有排放低、节约能源等优点，得到大家更多的重视，电池是发展电动汽车的关键，怎样更好的管理电池系统是电动汽车的关键技术。对于电池管理系统不同的控制单元，它们控制周期也不同，同时数据转换的速度、符控制命令的优先级也不同，因此，就需要一种具有优先权竞争模式的数据交换网络，并且本身也要具有极高的通信速率。控制器局域网（CAN）总线优越的容错性和可靠性能够满足这种实时控制网络的要求。本文设计了一种的电池信息

2、管理和监控的数据传输模式，以STM32F103R芯片为控制器，通过CAN总线将采集到的电压和温度数据传送到PC上。此过程由两步完成，首先将采集到的电压和温度数据通过CAN总线进行传输；由于CAN总线不能与PC直接进行通信，因而通过串口RS232将CAN总线获取的电池数据转发给PC进行数据处理，同时也接收PC发来的数据，使该系统能够实时反馈电池的电压和温度数据，准确掌握电池的工作状况。关键词CAN总线；单片机；电动汽车；电池数据；串口IIDATATRANSMISSIONBASEDONCANBUSBATTERYABSTRACTWITHENERGYCONSUMPTION,ENVIRONMENTALD

3、EGRADATIONANDOTHERISSUESHAVEBECOMEINCREASINGLYSERIOUS,ELECTRICCARSANDHYBRIDVEHICLESWITHLOWEMISSIONSINITSENERGYCONSERVATIONBENEFITSTOGETMOREATTENTION,THEDEVELOPMENTOFELECTRICVEHICLEBATTERYISTHEPRIMARYKEY,HOWTOBETTERMANAGEBATTERYSYSTEMHASBECOMECOMMONOFALLTYPESOFKEYTECHNOLOGYOFELECTRICVEHICLESBATTERYMA

4、NAGEMENTSYSTEMFORTHECONTROLUNITTOCONTROLDIFFERENTCYCLESAREDIFFERENT,DATACONVERSIONSPEED,CHARACTERCONTROLCOMMANDSAREALSODIFFERENTPRIORITIES,THEREFORE,NEEDACOMPETITIVEMODEPRIORITYDATAEXCHANGENETWORK,ANDALSOHASITSOWNHIGHCOMMUNICATIONRATECONTROLLERAREANETWORKCANBUSSUPERIORFAULTTOLERANCEANDRELIABILITYTOM

5、EETTHEREQUIREMENTSOFTHISREALTIMECONTROLNETWORKTHISPAPERPRESENTSABATTERYOFINFORMATIONMANAGEMENTANDMONITORINGOFDATATRANSFERMODETOSTM32F103RCHIPCONTROLLER,WILLBECOLLECTEDTHROUGHTHECANBUS,THEVOLTAGEANDTEMPERATUREDATATOAPCTHISPROCESSCONSISTSOFTWOSTEPS,FIRSTOFALLTHECOLLECTEDVOLTAGEANDTEMPERATUREDATAISTRAN

6、SMITTEDTHROUGHTHECANBUSTHECANBUSCANNOTCOMMUNICATEDIRECTLYWITHTHEPC,SOTHECANBUS,RS232SERIALPORTFORDATATRANSMITTEDTOTHEPCBATTERYFORDATAPROCESSING,PCALSORECEIVESINCOMINGDATA,REALTIMEFEEDBACKTOENABLETHESYSTEMTOTHEBATTERYVOLTAGEANDTEMPERATUREDATA,ACCURATEKNOWLEDGEOFTHEWORKINGCONDITIONOFTHEBATTERYKEYWORDS

7、CANBUS；SCM；ELECTRICVEHICLE；BATTERYDATA；SERIALIII目录摘要I目录III1绪论111引言112局域网分类113CAN发展史2131标准化与一致性3132从理论到实践4133比较CAN通讯与串口通讯4134CAN前景展望514本文的目的和主要工作62CAN总线的数据传输协议721CAN总线概述7211CAN总线的位数值表示7212信息的发送和接收7213CAN的报文格式7214CAN总线的性能分析822CAN总线的数据协议83电池数据传输的电路原理图1231PROTEL软件概述1232设计CAN总线传输电路12321使用STM32F103R芯片1232

8、2TAJ105013323JATG15324MAX23216325连接各元件174电池数据传输的功能实现19IV41CAN通信1942串口通信1943CAN总线通信215总结及展望2451总结2452今后工作展望24参考文献25致谢错误未定义书签。11绪论11引言伴随着计算机技术、网络通讯技术、集成电路技术的飞速发展，采用全数字式的现场总线为特别代表的现场控制仪表、设备得到大量的使用，让方便简单的现场总线网络代替了复杂的现场连线，这样方便了工业现场控制。目前，现场总线已经形成了多种形式，和相应的控制现场比，而对于汽车要求比较较高，温度变化范围能达到4080摄氏度，要求抗电磁干扰能力和抗其他相关

9、电子噪声能力都非常强，汽车是一种载人工具运行可靠性也尤其重要。这不仅要求网络结构自身的容错能力和抗干扰能力方面，同时还有信号编码和传输方式。在汽车局域网，同步串行传输方式是其主要传输方式，PWM、VPW和NRZ编码是其主要数据信号编码。汽车采用网络技术的优点有他们使用统一的应用层协议和数据定义成为了一个“开放式系统”，这样大家都能很好的使用，灵活性相应的变强。供应商只要遵循以上协议就能够轻易地加入该网络系统或者从网络系统中拆除，甚至不用再修改硬件和软件，这也正符合现代汽车平台式设计的理念【1】。这样的网络化设计能够减少相应的设计成本。专家预测，21世纪网络技术成为汽车电子控制的核心【1】。现场

10、总线最初是由世界上最大的汽车零部件供应商之一的德国BOSCH公司，在八十年代初专门为汽车电子控制研发出的控制器局域网协议1，随着不断的完善和发展，现在已经得到各国汽车制造商认同，并且有了相应的国际标准。最近十年，电动汽车成为热点话题，并且给予厚望，所以各国的汽车生产商都花了大量的时间进行研究，而电池成为主要研究对象，并且一些大的汽车生产商已经总结出电池的数学模型，开发出不少汽车电池管理系统在车上试用。而这其中有代表性的有德国BHAUCK设计的BATTMAN系统；美国通用汽车生产的电动汽车EVI上的电池管理系统【2】。根据CIA统计，仅仅2001年，仅在欧洲就销售出了超过1亿个CAN总线的节点，

11、这样数量几乎取代了之前所有的RS485系统。在国内，由于发展相对比较晚，得到认可度相对也较低，在使用时大多还是采用RS485系统，这相对还有些距离【2】。本文基于CAN协议，监测铅蓄电池的电压和温度，对铅蓄电池的工作状况实时反馈。12局域网分类2从1980年提出现场总线后，各大国际知名汽车公司都认识到这种总线的重要性，所以都开始积极致力于汽车网络技术的研究和使用。汽车网络的使用能够减少汽车布线的复杂性，取代了点对点车身布线，而且让其成为规范化、标准化，成本也得到降低，可靠性得到增强。网络总线形成了多种标准，目前，已有BOSCH的CAN、SAE的J1850、ISO的VAN、PHILIPS的D2B

12、、LIN协会的LIN等多种网络标准【4】。而且将其进行了分类，如表11所示。表11SAE的汽车网络分类类别对象位速率应用范围A面向传感器/执行器的低速网络110KB/S电动门窗、座椅调节灯光照明等控制B面向独立模块间数据共享的中速网络10125KB/S电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等C面向高速、实时闭环控制的多路传输网络1251MB/S悬架控制、牵引控制、发动机控制、ABS等系统从功能和位传输速率等因素角度考虑，除了上面提到的几种总线之外，还包括多媒体信息系统总线、安全总线、诊断系统总线等。目前，CAN协议是C类网络协议的主流，一般使用的是总线传输速率在125KB/S1MB/S

13、之间，这也是汽车使用的范围。13CAN发展史在1980年早些时候，BOSCH公司便开始采用当时的串行总线用在客车系统中，不过这样的实验结果不是令人满意的，工程师使用了各种现有的网络方案进行实验，结果总是不完全令人满意的。于是，在1983年初，工程师USEKIENCKE决定研究另一种串行总线【3】。而这种总线要在增加新功能的同时还要减少电气连接线，方便的应用在汽车上，能够很好的解决之前的问题。MERCEDESBENZ的工程师也比较早的发现这种新总线的重要性，随后的研究并制定了总线的状态说明。作为半导体生产的主要厂商INTEL公司，也对其进行了较多的研究，它聘请的来自德国的顾问BRAUNSCHWE

14、IGWOLFENBTRTE的APPLIEDSCIENCE大学教授WOLFHARDLAWRENZ博士，给出了新网络方案的名字CONTROLLERAREANETWORK，简称CAN。并且得到了大家的认可。31986年2月，即是CAN的诞生时刻，在美国汽车工业大会上，ROBERTBOSCH公司向大家介绍了这种新型的串行总线CAN控制器局域网。随着CAN总线传输技术的不断改善，以及国际标准的制定，CAN总线得到了非常多的应用，不仅表现的汽车方面，而且CAN总线在其他类型的交通工具上也有不少使用了，从火车到轮船还有应用在工业控制上，这样使得CAN总线的重要性得到了更多的体现，已经成为了最重要的现场总线之

15、一。1986年2月，在底特律的汽车工程协会的大会上，由BOSCH公司研究出的新总线系统被称作“汽车串行控制器局域网”【4】。UWEKIENCKE、SIEGFRIEDDAIS和MARTINLITSCHEL他们分别对这种多主网络的方案进行了介绍。都是基于非破坏性的仲裁机制，能够让高优先级的报文进行无延迟的传输4。而且，也不需要像其他一些总线须设置主控制器。除此之外，上述几位教授和BOSCH公司的WOLFGANGBORST、WOLFGMAGBOTZENHARD、OTTOKARL、HELMUTSCHELLING、JANUNRUH也能够实现数种CAN的检测错误的机制。在错误检测的同时还要保证剩余节点之间

16、进行正常的通讯。通过它传输出的报文不再同其他很多总线那种依据报文发送器或者接收器的节点地址识别，而它是根据报文的内容进行识别的。与此同时，在使用报文的标识符还规定了对应的报文在系统中的优先级。在这种通讯新方案大部分内容被制定的基础上，到1987年中期，半导体公司INTEL成功交付了首枚CAN控制器82526，这标志着CAN方案通过硬件得到了实现。这个过程只是四年的时间，工程师们的设想就变成了现实。而不久之后，PHILIPS公司半导体推出了82C200。这两枚最早的CAN控制器在验收滤波和报文控制方面都有许多不同4。一方面，由INTEL主推的FULLCAN比由PHILIPS主推的BASICCAN

17、在工作时使用的CPU载荷更少；另一方面，FULLCAN器件能准确接收的报文数目相对又较少，而且BASICCAN控制器在生产时使用的硅晶体也较少【4】。在今天，对于CAN控制器同一模块验收滤波和报文控制方面它们仍然有很多的不同，从而出现了BASICCAN和FULLCAN两大阵营。131标准化与一致性在20世纪90年代早些时候，BOSCHCAN规范CAN20版就被提交给了国际标准化组织。在经过国际组织进行多次行政讨论之后，在1993年11月正式通过并出版了CAN的国际标准ISO11898。除了使用的CAN协议之外，还对速率进行了规定最高到1MBPS波特率时的物理层。与此同时，在后来的国际标准ISO

18、115192中国际组织规定出在传输时CAN数据的容错方法5。1995年，出版4的国际标准ISO11898又对其进行了扩展补充，并且通过附录的形式规定了29位CAN标识符。132从理论到实践从CAN控制器由理论变成硬件后，CAN便开始得到了迅速的发展，就像它最初由汽车工业协会提出的，CAN模块集成器件的半导体生产厂商主要也聚集于汽车工业里。从20世纪九十年代中期开始，INFINEON公司和MOTOROLA公司便向汽车厂商提供了大量的各种CAN控制器。而到了九十年代后期，以日本为代表的亚洲半导体厂商也陆续开始提供并使用CAN控制器。并且迅速推广并得到了发展。从1992年起，MERCEDCSBENZ

19、奔驰最初对他们的高级客车上使用CAN技术。这也是使用2个物理上相互独立的CAN总线系统，它们之间又使用网关进行连接。主要包括两个步骤第一，CAN总线通过电子控制器对汽车发动机进行控制管理；第二，用CAN总线接收人们发出的操作指令【6】。这样让CAN总线在汽车上得到了顺利的使用，其他许多汽车厂商也纷纷赶来学习，也开始在他们的汽车上模仿使用2套CAN总线系统进行传输。现在VOLVO、SAAB、VOLKSWAGEN、BMW、RENAULT和FIAT等需要汽车生产商都相继在汽车上使用CAN总线。133比较CAN通讯与串口通讯CAN总线是一种很有效的支持分布式控制或者实时控制的串行通信网络。它有很多特点

20、（1）实时性强网络各节点之间可以根据总线的访问优先权，采用无损结构逐位仲裁的方式，它们竞争向总线发送相应数据，而且CAN协议还废除了站地址编码，取而代之的是以对通信数据进行编码，这样可以使不同的节点接收到相同的数据7。而较之前通常使用的RS485构成的是主从式结构系统，通信方式以主站轮询的方式进行，这样使得整个系统的实时性、可靠性相比明显差些。（2）集成CAN协议CAN总线的在通信接口处集成有CAN协议的物理层和数据链路层的功能，这样能够让CAN总线顺利完成对发送来的数据的成帧处理，这些处理包括填充、数据块编码、优先级判别等工作。（3）可靠性极强CAN网络的规定数据传输率最大为1MBPS，通过

21、一个例子莱明其稳定性，假如使用CAN总线数据传输能力的50，对于一个工作寿命为4000小时、平均报文长度为80为的系统，所能传送的数据总量为9X1010。在系统正常运行整个时间内，不可检测到的传输错误的统计平均值小于102量5级。更具体的说，一个系统按照每年365天每天工作8个小时，每秒错误率取07，那么按照统计平均，每1000年才会发生一个不可检测到错误。（4）国际标准这是CAN总线另外一个重要的特点，与其他现场总线比较，CAN总线是具有容易实现、通信速率高、性价比高等诸多种特点。统一的国际标准让其能够得到各个生产厂家的认可，只要遵守这样的标准就能够顺利的得到使用，这些特点也是CAN总线应用

22、于众多领域的基础，且具有强劲的市场竞争力的重要原因。通信即是推荐标准232，其中应用较多的是由美国电子工业协会制定的一种串行物理接口标准RS232C，此标准组成由25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道7。它的特点如下1它是一种远程通信连接数据终端，RS232C标准最开始是为远程通信连接数据终端设备和相应的数据通信设备DCE而制定开发的，因而在工程师最初制定这个统一标准时，计算机系统的应用要求没有涉及到。但现在在应用时，很多时候是将其应用于计算机与终端货外设之间的近端连接上。但现在在应用时，很多时候是将其应用于计算机与终端货外设之间的近端连接上这样就出现了这个标准同有些规定以及计算机系统很多

23、时候不能很好的融合，甚至出现矛盾情况。这样导致RS232C标准同计算机不兼容的情况出现。（2）接口标准出现也比较早，不足之处主要以下几点接口的信号电平值比较高，容易损坏接口电路的芯片，又因同TTL电平不兼容故需要采用电平转换电路才能与TTL电路很好连接；接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成的共地传输形式，这种共地传输很容易出现共模干扰，所以导致出现抗干扰性弱的特点；传输速率也比较低，在异步传输时，波特率仅为20KBPS,从而很多应用也受到限制。传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，而且实际上仅能用在15米左右。通过以上比较很清楚的了解到CAN作为现场总线所具有的一些优势，也让我们深信

24、做这样的研究具有很重要的价值。134CAN前景展望从CAN诞生到现在已经有二十多年了，但它还是有很多不足的地方，需要得到不断的完善，在2000年时，一个由多家公司成员组成的ISO任务，便开始6制定CAN总线标准ISO118984，也是一种时间触发CAN报文传输的协议。并且也被称作“时间触发通讯的CANTTCAN”。这个扩展在硬件硅片上已经得到了实现，这样的CAN标准不仅实现闭环控制下支持报文的时间触发，而且还能够让CAN的XBYWIRE得到应用8。TTCAN可将CAN延长510年的生命期。CAN发展空间还非常大，得到重视的程度会更高，谁也无法准确预料到CAN总线系统在下一个阶段的具体发展趋势。

25、但可以肯定的是，随着电动汽车得到更多的推广和相关技术的更加成熟，CAN总线会在电动汽车上得到更好更多的应用。目前，由于电动汽车的电池储存能力有限，而且生产使用成本也较常用的燃油汽车高出很多，所以在推广时还需要更多技术方面的革新。所以这也提供了很好的机会，CAN总线也得到更多的重视的同时，在电动汽车的应用也有很大的发展和技术改善空间。本文的目的和主要工作CAN总线已经逐渐成为汽车局域网络的主流，目前，它也是唯一有国际标准的现场总线，在C类网络中的CAN传输速率非常高，主要也应用在汽车行驶安全相关、实时性要求较高的地方，这主要指汽车动力系统，而电动汽车和混合动力汽车成为目前的发展趋势，本文的目的是

26、用CAN总线传输DC48V铅蓄电池的数据。本文的主要研究如下1定义电池数据的传输协议。2设计CAN总线传输过程，选取相应的单片机芯片以及相关的配件并使用PROTEL软件画出它们的电路原理图。3实现CAN总线的收发功能，和实现RS232与PC的通信。72CAN总线的数据传输协议21CAN总线概述由于CAN具有国际标准的条件下，也让它得到更多的应用，而CAN协议应用于特定的场合，它适用网络结构简单、价格低廉、通常还会要求数据传输速度快、能够满足实时性控制的要求。更多特点和要求如下211CAN总线的位数值表示CAN能够使用的物理介质较多，例如双绞线、光纤等都能满足。而最常用的是双绞线。在信号传输时采

27、用差分电压进行传送，这两条信号线被称为“CANH”和“CANL”，在静态情况下，它们电压均为25V左右，此时它们的状态用逻辑“L”表示，同时也叫做“隐性”。用CANHLP表示。CANL高时表示逻辑“0”，被称为“显性”。它们通常电压值分别为CAN_H35V和CAN_LI5V9。212信息的发送和接收CAN总线在进行数据发送时，它通过报文的形式，广播给网络上所有的节点，这样让每个节点都接收到发来的数据。报文起始部分都是标识符，而在不同标准中，标识符位数也不同，20A标准为11位，20B标准则为29位【10】。在标识符中，报文的优先级被定义，标识符具有唯一性，一个系统里面就只有一种标识符，这样让C

28、AN节点发送数据时，对应的CPU就会把准备发送的数据和需要的标识符传送到专门的CAN传输控制芯片的输出缓冲区，使其成为准备状态。此时看总线处于何种状态，若空闲，则节点转为发送报文状态；若繁忙竞争，则总线进行仲裁，将高优先级的报文标识符先进行发送。在发送状态时，CAN的控制芯片同时进行组织和发送，网络上其他节点也都处在接收状态。每个节点都会收到报文且同时进行检测，再根据滤波掩码的设置进行判断，看是否对接收到的报文进行下一步处理。213CAN的报文格式报文传输是由四种不同的帧类型所表示和控制，下面是报文传输的帧类型数据帧数据帧携带数据从发送器至接收器。远程帧总线单元发出远程帧，请求发送具有同一识别

29、符的数据帧。错误帧任何单元检测到一个总线错误就发出错误帧。超载帧用以在先行的和后续的数据（或远程帧）之间提供一附加的延时【8】。8214CAN总线的性能分析（1）CAN总线的可靠性CAN总线自身具有非常好的错误检测能力，常见的错误检测方法就有五种方法。并且CAN节点在出现严重错误时能够进行自动关闭输出，很好的防止其他节点受到影响。CAN总线的出现就是为了汽车控制系统而开发出的，汽车作为载人工具，它的运行稳定性要求很高，所以CAN从诞生便将极强的可靠性作为基本条件进行研究的，这也让CAN一出现就有着较高的稳定性，下面具体数据可以说明一个以1MBPS速率传输，50的宽带使用，8090位每帧的系统，

30、每年按照365天计算，每天正常工作8小时，那么按照平均计算，则每一千年才会出现一个不可检测的错误，由此可以看出CAN总线实现了极高的可靠性14。（2）CAN总线的实时性CAN总线大多采用总线仲裁技术CSMA/CDNDBA【14】,同时CAN协议在传输时通常使用短帧结构，开标识符ID，位填充，应答等，对于每帧，能达八字节的有效数据传输，同时最高传输速度达1MBPS，这些能很好的满足CAN总线的实时性要求。还有另外一点，在发现发送错误时，自动重新发送的时间也很短15。更加重要的是，在进行CAN报文传输时被分成不同的优先级别，这是CAN协议依据标识符ID，一旦总线传送出现冲突，那些级别较高的数据优先

31、去占用总线进行传输，这样使数据等待的时间将小于134微秒。（3）CAN总线的灵活性和开放性CAN的工作是通过多主方式进行的，它们在网络上传输时不进行主从区别，从而实现了灵活通信，能够满足随时主动朝网络上的相应节点传输通信。而进行报文的标识符ID，CAN便开始得到了迅速的发展，就像它最初由汽车工业协会提出的，CAN模块集成器件的半导体生产厂商主要也聚集于汽车工业里。22CAN总线的数据协议需要测的DC48V铅蓄电池的数据有单个电池的电压和所有电池的总电压，单个电池的额定电压为2V，所以取单个电压范围为03V，总电压范围是072V，数据保留2位小数点。单个电池的温度，电池温度变化范围为30摄氏度到

32、85摄氏度，规定050摄氏度测量精度较高，数据保留2位小数点。而其他部分数据取整。如表219数据额定电压V变化范围数据保留小数点位数单个电池电压203V2位总电压48072V2位电池温度3085摄氏度050摄氏度2位，其他取整表21电池数据协议这个系统的CAN总线传输过程如图22，此系统由两个CAN组成，采用两个CAN总线能够更好的将传输过来的数据显示出来，采集得到的数据首先传输给CAN_A，CAN_A在单片机的控制下将数据出输给CAN_B，再通过串口M232实现单片机和PC机的数据传输，从而实现在PC机上的顺利显示。同时，PC机能够自己调用采集的数据，当PC发出命令后，逆向的传给CAN_B，

33、然后再传输给CAN_A，及时显示出需要的数据，从而实现CAN总线通信。ADCAN_ACAN_BPC图22CAN总线传输过程以下是两个CAN实现传输的数据协议（1）CAN_A发送数据给CAN_B的数据协议EB90DATA1DATA2DATA3DATA4EB数据帧头0X90数据帧头DATA10X00为总电压0X01为第一节电池的电压100XE1为电池温度0XF1为CAN_A已经准备好DATA2数据的整数部分0255DATA3数据的小数部分，两位小数乘以100后为099DATA4校验位，DATA1DATA2DATA3的和取反在加1（2）CAN_B发送数据给CAN_A的数据协议EB90DATA1DAT

34、A2DATA3DATA4EB数据帧头0X90数据帧头DATA10X00为查询总电压0X01为查询第一节电池的电压0XE1为查询电池温度0XF1为查询CAN_A是否准备好DATA20X00DATA30X00DATA4校验位，DATA1DATA2DATA3的和取反在加1（3）CAN_B通过串口发送数据给PC的数据协议EB90DATA1DATA2DATA3DATA4EB数据帧头0X90数据帧头DATA10X00为总电压0X01为第一节电池的电压0XE1为电池温度DATA2数据的整数部分0255DATA3数据的小数部分，两位小数乘以100后为099DATA4校验位，DATA1DATA2DATA3的和取

35、反在加111（4）串口发送数据给CAN_B的数据协议EB90DATA1DATA2DATA3DATA4EB数据帧头0X90数据帧头DATA10X00为收到总电压0X01为收到第一节电池的电压0XE1为收到电池温度DATA20X00DATA30X00DATA4校验位，DATA1DATA2DATA3的和取反在加1123电池数据传输的电路原理图31PROTEL软件概述我们使用的画图软件是PROTEL，它是在20世纪八十年代初是由PORTEL公式推出的EDA软件，相对于其他CAD软件，有不少自身的优势，也成为了电子设计者首选的画图软件18。它的优势和特点如下1PROTEL可生成30多种格式的电气连接网络

36、表；2强大的全局编辑功能,同时放置汉子的功能；3提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；4既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；5强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；6同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络；7支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件，PCB可设计32个信号层，16个电源地层和16个机加工层；8满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）；方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE

37、3F5）；智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；9可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AUTOCAD等软件的数据交换；10若原理图中选择一级器件，而PCB中同样的器件也将被选中等等。32设计CAN总线传输电路此电路主要由单片机芯片STM32F103R、CAN高速收发器TAJ1050、调试口JATG、串口MAX232组成，其特点和电路图如下321使用STM32F103R芯片STM32是一款很好的融合ARM和ST技术，最初重点是应用于16位MCU领域的32位处理器，将两者技术结合在一起，相当于16为单片机在指令和性能方面都有很大的提升，本和功耗方面相对也有明显减少19。STM32是增强型单片机芯

38、片，它具有很多特点，如使用5V的I/O管脚、安全模式也很稳定、低功耗模式且带有唤醒功能、内部自带复位电路等，最新的STM32已经有互连型，微处理器增加全速USB接口，同时能够支持IEEE1588精确时间协议PTP的13以太网接口，同时芯片上还集成CAN20B控制器，可以使用连接上两条工业标准CAN总线的网关设备，以及其他外设接口同时工作。采用STM32单片机系列的芯片，此单片机采用增强型系列，拥有内置的ARM核心，这样具有与所有的ARM工具和软件兼容的能力。ARM的CORTEXM3处理器则是最新一代的嵌入式ARM处理器，它能够为满足MCU的需要提供低成本的平台、减少引脚数目、降低系统功耗，还能

39、够提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应22。CORTEXM3都是32位的RISC处理器，提供额外的代码效率，通常能够在8和16位系统的存储空间上面发挥ARM内核的高性能。STM32有不少应用，常用的电力数据采集器，它能够快速的接受外围采集到的数据并进行处理、带有DMA功能的外设通讯接口不会让CPU等待和干预数据的接收、还有强大的计算能力并对数据处理和显示等。工业缝纫机也有使用，有几个原因STM32本是用于电机控制的高级定时器、强大的计算功能且能实现矢量计算、多通道的通信接口等。STM32F103R的封装原理图如图31。图31STM32F103R8T6原理图322TAJ105014TAJ105

40、0是CAN一种高速收发器，是控制器区域网络协议控制器和物流总线之间的接口，TJA1050通过CAN控制器提供差动接收性能，同时能够为总线提供差动发送性能。同PCA82C250一样，TJA1050符合ISO11898标准，地磁兼容性是TJA一种特征，也是TJA时设计目标重点考虑的，与PCA82C250相比，TJA在重要的AM波段上，辐射比PCA82C250低于20DB以上。相对还有一个重要的特性，在TJA1050不上电时，呈现无源特性，这样使TJA1050特别适合于在部分供电网络中节点掉电的情况下使用【20】。所以选择TJA1050做为高速收发器。TJA1050具有的特征如下具有较高的速度最高可

41、达1M波特；电磁辐射EME较低；没有供电的节点不会对总线造成干扰；发送数据TXD控制超时功能；能够热保护；同时对电源和地的短路进行保护；在汽车运行情况下对总线引脚的进行瞬态保护；输入电平与33V和5V器件兼容等。图32A是TJA1050电器件。TJA1050的工作模式有高速模式和静音模式，是由引脚“S”来控制。当引脚“S”连接到地时，又引脚“S”有内部下拉功能，当它没有连接时，是默认的工作模式即是高速模式。在这个模式时，总线输出信号以尽量快的速度切换，且有固定的斜率。所以这种模式通常适用最大的位速率和/或最大总线长度。静音模式时，收发器是禁能的，不管TXD的输入信号，收发器运行在非发送状态中，

42、引脚“S”接高电平【25】。TJA原理图如图32B图32ATJA1050电器件15图32BTJA1050原理图323JATGJATG是由几家主要的电子制造商发起制订的PCB和IC测试标准，被IEEE批准为IEEE114911990是进行测试访问端口和边界扫描结构标准【20】。JATG最初是用来对芯片进行测试的,它的设计基本原理是在器件内部定义一个TAP（TESTACCESSPORT测试访问口），这样的功能可以采用专用的JATG测试工具对芯片内部节点进行各种测试。JATG接口的硬件结构由两部分组成JTAG端口和控制器。JTAG在进行测试时可以让多个器件顺利通过JTAG接口串联而让他们在一起，从而

43、组成一个JTAG链，这样还能够对各个器件进行分别测试。JTAG编程方式是很重要的一个特点，它能够实现在线编程，而对于传统生产流程需要先对芯片进行预编程，然后再装到板上，这样过程比较麻烦，JATG改变了这种状况，使整个流程得到简化，能够先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，这样的操作流程能够大大加快工程进度。所有边界扫描有不少优点在提供对扫描链的IO访问时，可以消除或者极大地减少对电路板上物理测试点上的需求，这样会使电路板更加简单、16测试夹更加低廉、电路中的测试系统耗时也会更少、增加对标准接口的使用。从而使成本显著减少。除了进行电路板测试外，边界扫描还允许在PCB贴片的后面。在系统编程时可通

44、过减少设备的处理、简化库存的管理和在电路板生产线上集成编程步骤从而达到节约成本和提高产量的目的。JATG电路原理如图33。图33JATG电路原理图324MAX232MAX232是一种双组驱动器/接收器，它的内部含有一个电容性电压发生器，可以为让单5V电源供电时给系统提供EIA/TIA232E电平【23】。为何采用MAX232，由于如果想用单片机和PC机通过串口进行通信，尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的信号电平和标准的不一样，因此要通过MAX232这种类似的芯片进行电平转换21。从而达到通信目的。MAX232主要有以下几种特点技术标准符合所有的RS232C；功耗低，典17型供电电流仅5

45、MA；提供电源只需要单一5V电源；内部集成有两个RS232C驱动器；片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生10V和10V电压V、V。串口电路原理图如图34。图34MAX232的电路原理图325连接各元件连接电路各元器件，如图35是整个传输电路原理图。18图35整个传输电路原理图194电池数据传输的功能实现41CAN通信由于单片机本身带有CAN控制模块，所以只需CAN收发器，隔离器把单片机的CTXD和CRXD与收发器的TXD和RXD分别连接，然后把隔离器的CANH脚和CANL上。这里描述如何在回送模式下用CAN固件库进行通讯，给出示例使用CAN驱动功能配置、发送、接受等。固件包括CAN驱

46、动，它能够通过函数集支持所有的CAN功能，示例如下，其中用到了大部分的函数。CAN单元首先用轮询的方式对一个标准数据帧做一次发送和接收任务，速率为100KBIT/S。接收到的帧被检验，同时一些LEDS点亮以指示通讯是否成功。然后，一个扩展的数据帧发送速率为500KBIT/S,当信息在FIFO中挂起时，在中断处理程序中处理完成接收。最后那些LED指示出发送和接收程序是否都正确。其电路如图42图41CAN通信电路42串口通信串口的硬件如图42。2042串口硬件43串口通信程序2143CAN总线通信44CAN总线通信硬件原理图在主程序中，我们采集到ADC转换的结构发送出去，同时也接受发送来的信息。这

47、里我们用自检方式来做实验，我们在液晶上看到的数据是自己发来的，把两个CAN总线连接到一起，需要修改CAN总线控制器初始化函数。在主程序中，我们采用ADC转换的结果发送出去，同时也接受发来的信息。CAN总线通信的部分程序如下INCLUDE/STM32F10XLIBRARYDEFINITIONSINCLUDE“STM32_REGH“/STM32REGISTERANDBITDEFINITIONSINCLUDE“STM32_INITH“/STM32INITIALIZATIONINCLUDE“CANH“/STM32CANADAPTIONLAYERCAN_MSGCAN_TXMSG/CANMESSGEFOR

48、SENDINGCAN_MSGCAN_RXMSG/CANMESSAGEFORRECEIVINGUNSIGNEDINTCAN_TXRDY0/CANHWREADYTOTRANSMITAMESSAGEUNSIGNEDINTCAN_RXRDY0/CANHWRECEIVEDAMESSAGEVOIDCAN_TESTMODEUNSIGNEDINTTESTMODECANBTR/SETTESTMODECANBTR|TESTMODEVOIDCAN_WAITREADYVOIDWHILECANTSR/TRANSMITMAILBOX0ISEMPTY22CAN_TXRDY1VOIDCAN_WRMSGCAN_MSGMSGCA

49、NSTXMAILBOX0TIRUNSIGNEDINT0/RESETTIRREGISTER/SETUPIDENTIFIERINFORMATIONIFMSGFORMATSTANDARD_FORMAT/STANDARDIDCANSTXMAILBOX0TIR|UNSIGNEDINTMSGIDSTXMAILBOX0TIR|UNSIGNEDINTMSGIDTYPEDATA_FRAME/DATAFRAMECANSTXMAILBOX0TIR|CAN_RTR_DATAELSE/REMOTEFRAMECANSTXMAILBOX0TIR|CAN_RTR_REMOTE/SETUPDATABYTESCANSTXMAILBOX0TDLRUNSIGNEDINTMSGDATA3DATA2DATA1DATA0CANSTXMAILBOX0TDHRUNSIGNEDINTMSGDATA7DATA6DATA5DATA423/SETUPLENGTHCANSTXMAILBOX0TDTRCANSTXMAILBOX0TDTR|MSGLENCANIER|CAN_IER_TMEIE/ENABLETMEINTERRUPTCANSTXMAILBOX0TIR|CAN_TIXR_TXRQ/TRANSMITMESSAGE245总结及展望51总结伴随着计算机技