1、辽 宁 工 业 大 学工业控制网络课程设计（论文）题目：DSP与CAN总线通信系统设计院（系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化093 学 号： 090302084 学生姓名： 宋进帅 指导教师： 起止时间： 2013.1.1-2013.1.11 本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 090302084 学生姓名 宋进帅 专业班级 自动化093设计题目 DSP与CAN总线通信系统设计课程设计（论文）任务实现功能DSP 与 CAN 总线通信系统设计，实现 DSP 与 CAN 总线
2、协议的转换。设计硬件包括总线控制器、总线收发器及 ATMEL 系列单片机及 DSP 芯片等。软件采用汇编语言或 C 语言，并调试与分析。设计任务及要求1、确定设计方案，画出方案框图。2、DSP 与 CAN 总线通信系统硬件设计，包括元器件选择。3、画出硬件原理图。4、绘出程序流程图，并编写初始化、接收及发送程序。5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数1、符合 CAN2.0B 规范；2、40 米内最高可达 1Mbit/s；（设计选定传输速率为 250K bit/s）3、抗宽范围的共模
3、干扰，抗电磁干扰；4、可扩充 110 个节点；工作计划 1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2 天）2、系统硬件设计及模块选择（3 天）3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3 天）4、撰写、打印设计说明书（1 天）5、验收及答辩。 （1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）II摘 要CAN 控制器局域网络 ( Controller Area Network ,CAN )是一种串行多主站控制器局域网总线 。它具有很高的网络安全性 、通信可靠性和实时性 ,而且简单实用 ,网络成本低 ,特别适用于环境温度恶劣 、电磁辐射强
4、和振动大的工业环境 。数字信号处理(Digital Signal Processing，简称 DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale 等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。 本文是以 DSP 为微控制器的 CAN 总线通信系统，以 AT89C52 作为智能节点，利用 SJA1
5、000 CAN 总线控制器 与 82C250 CAN 总线收发器，进行协议转换，使DSP 与 CAN 总线通信，从而控制 CAN 总线上的智能节点 AT89C52。关键词：DSP； CAN 总线； 智能节点； SJA1000 ；本科生课程设计（论文）III目 录第 1章 绪论 .11.1 CAN 总 线 概 述 .11.2 CAN 总 线 典 型 特 征 .1第 2章 系统的总体设计 .2第 3章 系统硬件设计 .33.1 DSP 选 择 .33.2 单 片 机 最 小 系 统 的 设 计 .33.3 CAN 总 线 控 制 器 SJA1000 .43.4 收 发 器 PCA82C250.43
6、.5 6N137 光 耦 合 器 .53.6 总 体 接 线 图 .6第 4章 系统软件设计 .84.1 初 始 化 CAN 控 制 器 .84.2 信 息 的 发 送 和 接 收 .10第 5章 课程设计总结 .13参考文献 .14本科生课程设计（论文）1第 1章 绪论1.1 CAN总线概述CAN 控制器局域网络 ( Controller AreaNet work ,CAN )是一种串行多主站控制器局域网总线 。它具有很高的网络安全性 、通信可靠性和实时性 ,而且简单实用 ,网络成本低 ,特别适用于环境温度恶劣 、电磁辐射强和振动大的工业环境 。CAN 总线可有效支持分布式控制或实时控制 。
7、该总线的通信介质可以是双绞线 、同轴电缆或光纤。1.2 CAN总线典型特征( 1) CAN 总线为多主站总线 ,各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息 ,且不分主从 ；( 2) CAN 总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术 ,高优先级节点优先传送数据 ,故实时性好 ；( 3) CAN 总线具有点对点 、一点对多点及全局广播传送数据的功能 ；( 4) CAN 总线采用短帧结构 ,每帧有效字节数最多为 8 个 ,数据传输时间短 ,并有 CRC 及其他校验措施 ,数据出错率极低 ；( 5) CAN 总线上某一节点出现严重错误时 ,可自动脱离总线 ,而总线上的其他操作不受影响 ;( 6) CAN
8、总线系统扩充时 ,可直接将新节点挂在通信距离最远可达 10 km ( 速率在 5 Kb/ s 以下) ；( 7) CAN 总线的最大传输速率可达 1 Mb/ s ,直接通信距离最远可达 10 km ( 速率在 5 Kb/ s 以下)；( 8) CAN 总线上的节点数取决于总线驱动电路 ,在标准帧 ( 11 位报文标识符) 时 ,可达到 110 个 ,而在扩展帧 ( 29 位报文标识符) 时 ,个数不受限 。本科生课程设计（论文）2第 2章 系统的总体设计系统是 DSP 与 CAN 总线通信系统的设计，DSP 作为系统微处理器，AT89C52单片机作为 DSP 的智能节点，要求实现 DSP 与单
9、片机通过 CAN 总线通信。本设计中主要讲述无片内 CAN 控制器的 DSP 与 CAN 总线的通讯。系统总体控制结构框图如图 2.1 所示：图 2.1 系统总体控制结构框图 本系统中，AT89C52 作为智能节点，连接输入检测信号和输出控制信号与外界进行信息交换，并将数据进行初步处理。DSP 作为微处理器对检测数据进行总体处理，得出相应控制信号。SJA1000 是 CAN 总线控制器，与 82C250 电平转换器联合使用将单片机与 DSP 信号转换为 CAN 总线协议，通过 CAN 总线进行传输通信。高速光耦 6N137 连接 SJA1000 与 82C250，增强了 CAN 总线节点的抗干
10、扰能力。TMS320LF2407AT89C52SJA1000CAN 控制器SJA1000CAN 控制器光耦隔离器光耦隔离器光耦隔离器光耦隔离器PCA82C250PCA82C250DSP 地址数据控制总线传感器继电器CANBUS本科生课程设计（论文）3第 3章 系统硬件设计3.1 DSP 选择本设计中选用 TMS320LF2407，TMS320LF2407 控制器是 TI 公司专为基于控制的应用而设计的，它将高性能的 DSP 内核和丰富的微控制器外设功能集于单片之中，每秒执行 20 兆条指令的运算能力，几乎所有的指令都可在 50ns 的单周期内完成，使得 TMS320F2407 控制器能提供比传
11、统 16 位微控制器和处理器强大得多的性能。它具有以下一些特点： 32 位中央算术逻辑单元，32 累加器，16 位*16 位并行乘法器，3 个定标移位器，8 个 16 位辅助寄存器和一个用于数据存储器间接寻址的专用算术单元；544 字*16 位片内数据/程序双口 RAM;16K 字*16 位片内程序FLASH，224K 字*16 位最大寻址存储范围，支持硬件等待状态；四级流水线操作，八级硬件堆栈，六个外部中断；兼容 TMS320C2系列 DSP 的指令集；12 路比较/PWM; 通道，3 个 16 位通用定时器，3 个具死区功能的全比较单元，3 个单比较单元，4 个捕获单元；双 10 位 A/
12、D 转换器；28 个可单独编程的多路复用 I/O 引脚；基于锁相环（PPL）的时钟模块；带实时中断的看门狗定时器模块；串行通信接口（SCI）和串行外设接口（SPI ） 。3.2 单片机最小系统的设计采用 AT89C52 单片机作为系统的控制器。它是一种低功耗、高性能 CMOS 八位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。时钟使用外部时钟电路晶振选择12MHz。复位电路使用上电加手动的复位电路。图 3.1 单片机最小系统图本科生课程设计（论文）43.3 CAN 总线控制器 SJA1000SJA1000 是 一 种 独 立 控 制 器 ， 用 于 移 动 目 标 和 一 般 工 业
13、 环 境 中 的 区 域 网 络 控制 （ CAN） ， 它 是 PHILIPS 半 导 体 PCA82C200 CAN 控 制 器 BasicCAN 的 替 代产 品 而 且 它 增 加 了 一 种 新 的 工 作 模 式 PeliCAN, 这 种 模 式 支 持 具 有 很 多 新 特 性 的CAN 2.0B 协 议 .图 3.2 SJA1000实物图3.4 收发器 PCA82C250PCA82C250 是 CAN 协 议 控 制 器 和 物 理 总 线 之 间 的 接 口 ， 该 器 件 对 总 线 提 供差 动 发 送 能 力 并 对 CAN 控 制 器 提 供 差 动 接 收 能 力
14、 。图 3.3 82C250实物图82C250 抗 瞬 间 干 扰 ， 保 护 总 线 ； 斜 率 控 制 ， 降 低 射 频 干 扰 （ RFI） ； 差 分 接本科生课程设计（论文）5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 短 路 ； 高速率（最高可达 1Mbps） ；具有抗汽车环境下的瞬间干扰，保护总线能力 ；采用斜率控制（Slope Control） ，降低射频干扰（RFI ） ； 过热保护； 总线与电源及地之间的短路保护； 低电流待机模式。3.5 6N137光耦合器6N137 光耦合器
15、是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个 850 nm 波长AlGaAs LED 和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL 兼容，高速(典型为 10MBd)，5mA 的极小输入电流。特性：转换速率高达 10MBit/s；摆率高达 10kV/us；扇出系数为 8；逻辑电平输出；集电极开路输出；工作参数：最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高 )：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出： 5.5
16、V 扇出(TTL 负载)：8 个(最多) 工作温度范围：-40C to +85C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和 A/D 转换等 图 3.4 6N137引脚图信号从脚 2 和脚 3 输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。本科生课程设计（论文）63.6 总体接线图本系统采用的总线控制器是 SJA
17、1000，为增强 CAN 总线节点的抗干扰能力，SJA1000 通过高速光耦 6N137 后与 PCA82C250 相连，这样能很好地实现本系统与 CAN总线的电气隔离，图 3.5 为 CAN 总线控制器总仙女驱动电路连接图。图 3.5 CAN总线控制器，总线驱动器电路连接图TMS320LF2407 内部集成一个完全的 CAN 控制器，CAN 控制器通过 CAN 驱动芯片PCA82C250 与其它 CAN 控制器进行通信。TMS320LF2407 用 3.7V 供电，而 PCA82C250用 5V 供电。TMS320LF2407 通过高速光耦 6N137 后与 82C250 相连，增强了 CAN 总线节点的抗干扰能力，图 3.6 为 TMS320LF2407 CAN 通信系统硬件电路设计图。
