基于單片機(jī)的電集中抄表設(shè)計(jì)論文資料

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 集中抄表系統(tǒng)的發(fā)展及概況1</p><p>　　1.1 電集中抄表系統(tǒng)1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況2</p><p>　　1.3

2、住宅抄表自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用條件3</p><p>　　2 方案論證與比較3</p><p>　　2.1 抄表部分3</p><p>　　2.1.1方案1：3</p><p>　　2.1.2方案2：3</p><p>　　2.1.3方案3：3</p><p>　　2.2 數(shù)據(jù)傳輸部分4

3、</p><p>　　2.2.1方案1：4</p><p>　　2.2.2方案2：4</p><p>　　2.2.3方案3：4</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 電能表模塊電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1.1AT89C51介紹6</p&

4、gt;<p>　　3.1.2固態(tài)繼電器9</p><p>　　3.1.3光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1.4電流檢測(cè)電路11</p><p>　　3.1.5單片機(jī)系統(tǒng)電路12</p><p>　　3.2 CAN總線接口電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.1CAN總線概況

5、12</p><p>　　3.2.2SJA1000介紹13</p><p>　　3.2.3與PCA82C200兼容性16</p><p>　　3.2.4PCA82C250/251收發(fā)器17</p><p>　　3.2.5RS-232標(biāo)準(zhǔn)18</p><p>　　3.2.6MAX232 芯片簡(jiǎn)介21</p

6、><p>　　3.2.7CAN總線接口電路22</p><p>　　3.2.8硬件電路23</p><p><b>　　4.軟件設(shè)計(jì)24</b></p><p>　　4.1主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4.1所示24</p><p>　　4.2 抄表模塊軟件設(shè)計(jì)25</p><p&

7、gt;　　4.3 CAN總線程序設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3.1初始化程序流程圖27</p><p>　　4.3.2接收程序流程圖28</p><p>　　4.3.3發(fā)送程序流程圖29</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試29</p><p>　　5.1 調(diào)試需要的工具29</p>&l

8、t;p>　　5.2 硬件調(diào)試30</p><p>　　5.2.1電路通電前檢查30</p><p>　　5.2.2電路通電觀察30</p><p>　　5.2.3功能模塊調(diào)試30</p><p>　　5.2.4系統(tǒng)連調(diào)30</p><p>　　5.3 軟件調(diào)試30</p><p&g

9、t;<b>　　6 總結(jié)31</b></p><p>　　6.1 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)31</p><p>　　6.2 提高測(cè)量精度的幾項(xiàng)措施31</p><p>　　6.3 問(wèn)題及解決方法31</p><p>　　6.4 測(cè)試結(jié)果32</p><p>　　6.5 系統(tǒng)使用說(shuō)明32<

10、/p><p><b>　　謝 辭33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　附 錄35</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　長(zhǎng)久以來(lái)城市居民住宅

11、的水、電、煤氣等生活能耗計(jì)量收費(fèi)工作多采用傳統(tǒng)的逐月入戶驗(yàn)表收費(fèi)方式，不僅耗費(fèi)大量人力，而且對(duì)居民生活也是一種干擾，有時(shí)還給不法分子入室犯罪以可乘之機(jī)。隨著改革的深入人們的生活水平的不斷提高，住宅商品化、智能化的發(fā)展，住宅單元個(gè)性化和獨(dú)立性的增強(qiáng)，這種能耗計(jì)量收費(fèi)方式愈來(lái)愈顯得與社會(huì)發(fā)展不相適應(yīng)。而且國(guó)家建設(shè)部在居民住宅的有關(guān)技術(shù)規(guī)定中已經(jīng)明確要求居民住宅中的3表（水表、電表、煤氣表）必須出戶。</p><p>

12、　　鑒于上述情況，建立住宅自動(dòng)抄表系統(tǒng)成為當(dāng)前住宅主流的建筑技術(shù)，尤其是智能型住宅建筑中不可缺少的重要組成部分，具有十分重要的實(shí)踐意義。</p><p>　　目前，電子水表、電子煤氣表、電子電表的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)日趨成熟。抄表自動(dòng)系統(tǒng)基本原理是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)專用設(shè)備對(duì)3表進(jìn)行遠(yuǎn)距離的自動(dòng)抄錄。一般通過(guò)數(shù)據(jù)采集器對(duì)表計(jì)的脈沖進(jìn)行記數(shù)，然后傳輸控制器將信號(hào)送至計(jì)算機(jī)中心，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、打印，再

13、通過(guò)與銀行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)?？刂浦行目娠@示小區(qū)內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行狀況，并可通過(guò)軟件控制設(shè)備，使設(shè)備運(yùn)行于最經(jīng)濟(jì)合理的模式中。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，控制中心發(fā)生聲光報(bào)警并通知管理人員處理事故。本文給出了一種基于AT89C51的電集中抄表的設(shè)計(jì)，面向的對(duì)象主要是感應(yīng)式電能表是在該電能表的基礎(chǔ)上將其改裝為具有自動(dòng)抄寫(xiě)、仿盜電，報(bào)警以及自動(dòng)斷電等功能的新型集中抄表。</p><p>　　1 集中抄表系統(tǒng)的發(fā)展及概況<

14、/p><p>　　1.1 電集中抄表系統(tǒng)</p><p>　　自動(dòng)抄表（Automatic Meter Reading-AMR）是指采用通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)自動(dòng)讀取和處理表計(jì)數(shù)據(jù)。發(fā)展電能自動(dòng)抄表技術(shù)是提高用電管理水平的需要，也是網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的必然。在用電管理方面，采用自動(dòng)抄表技術(shù)，不僅能節(jié)約人力資源，更重要的是可提高抄表的準(zhǔn)確性，減少因估計(jì)或謄寫(xiě)而造成帳單出錯(cuò)，使供用電管理部門(mén)

15、能及時(shí)準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)信息。由于電力用戶因此不再需要與抄表者預(yù)約上門(mén)抄表時(shí)間，還能迅速查詢帳單，故這種技術(shù)越來(lái)越受到用戶歡迎。</p><p>　　電能計(jì)量和管理的需要以及電子技術(shù)的發(fā)展，使電子式電度表在20世紀(jì)70年代就已出現(xiàn)。隨著數(shù)字電子技術(shù)的飛速進(jìn)步，電子式電度表的功能逐漸增多并日臻完善。</p><p>　　電子式電度表一般由電能測(cè)量機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)兩部分組成，根據(jù)電能測(cè)量機(jī)構(gòu)的不同

16、，又分為機(jī)電脈沖式電度表和全電子式電度表兩大類。機(jī)電脈沖式電度表沿用感應(yīng)系電度表的測(cè)量機(jī)構(gòu)，其數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)則由電子電路和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因而，機(jī)電脈沖式電度表是一種電子線路與機(jī)電轉(zhuǎn)換單元相結(jié)合的半電子式電度表。</p><p>　　機(jī)電脈沖式電度表技術(shù)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)放在有關(guān)電能管理的數(shù)據(jù)處理方面，使之能夠進(jìn)行本地和遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)傳輸以及遙測(cè)和遙控。機(jī)電脈沖式電度表以感應(yīng)系電度表為基礎(chǔ)，繼承了感應(yīng)系電度表結(jié)構(gòu)牢固、長(zhǎng)期

17、運(yùn)行可靠和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，因而在民用電能計(jì)量領(lǐng)域被廣泛采用。</p><p>　　全電子式電度表不再使用感應(yīng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)，而是由乘法器完成對(duì)電功率的測(cè)量。由于它沒(méi)有傳統(tǒng)電度表上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因而又被稱為“靜止式電度表”或“固態(tài)電度表”。近年來(lái)，各種新型電子式電度表不斷推出，型號(hào)各異，功能眾多，但其基本原理相同，主要功能可歸為三個(gè)方面：計(jì)量、計(jì)費(fèi)功能，包括分時(shí)計(jì)量、最大需量計(jì)量和預(yù)付費(fèi)等；保護(hù)功能，包括過(guò)電流、過(guò)電壓保

18、護(hù)與防竊電等；通訊功能，可以是紅外通訊、無(wú)線電通訊或載波通訊等。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況</p><p>　　水、電和燃?xì)馐巧钪斜夭豢缮俚模鼈兊陌l(fā)展一直倍受人們的關(guān)注。在人們關(guān)注的同時(shí)，三表抄送系統(tǒng)產(chǎn)生了，并且，隨著科技的不斷發(fā)展，三表抄送系統(tǒng)也越來(lái)越智能化。</p><p>　　同時(shí)，隨著人們的生活水平不斷提高，老百姓對(duì)生活環(huán)境提出了更高

19、的要求；在政府政策的鼓舞下，家居智能化得到了高速的發(fā)展。同時(shí)，隨著科技的發(fā)展，小區(qū)住宅除了滿足人們最基本的居住要求，還要將方便、省時(shí)的物業(yè)管理帶給住戶。實(shí)現(xiàn)住宅的三表（水、電、煤氣）出戶自動(dòng)抄表、自動(dòng)計(jì)費(fèi)，已成為新型智能小區(qū)的必備條件。</p><p>　　作為智能化產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán)——智能抄表系統(tǒng)也同時(shí)得到了蓬勃發(fā)展。從沿海的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)深圳、廣州、上海到政治文化中心北京，以及中國(guó)西部城市成都、重慶、貴州、昆明等

20、地均不同程度地建設(shè)了智能化示范小區(qū)。這些智能化住宅小區(qū)的建設(shè)，提高了住戶的生活質(zhì)量，擴(kuò)大了住戶的居住空間，為當(dāng)?shù)刂悄芑ㄔO(shè)起到了示范作用。</p><p>　　讓我們回頭看看，幾年前甚至是在現(xiàn)在，很多落后的地區(qū)對(duì)三表抄送這一塊還是用最原始的方法，親“自登門(mén)拜訪”，這就是傳統(tǒng)的抄表方式。傳統(tǒng)的三表需要抄表人員定期挨家挨戶抄取數(shù)據(jù)，結(jié)算出費(fèi)用后，再到各家索取，誤差大、統(tǒng)計(jì)工作量大，人為的錯(cuò)誤給物業(yè)管理和用戶帶來(lái)極大不

21、便?，F(xiàn)在有許多地區(qū)改為插卡式買(mǎi)電裝置，這雖然減少了人為因素，但是買(mǎi)電時(shí)要到銀行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且水、電、氣表分別交費(fèi)，也有許多不便之處。 小區(qū)智能抄表系統(tǒng)節(jié)省時(shí)間、人力、物力，提高工作效率，降低物業(yè)成本，準(zhǔn)確及時(shí)地將住戶所使用的三表數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，為實(shí)現(xiàn)小區(qū)科學(xué)、系統(tǒng)的物業(yè)管理提供了有效的解決方法。</p><p>　　小區(qū)智能抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)，方便了住戶，可設(shè)置多級(jí)加密功能，定義訪問(wèn)權(quán)限，更可增加系統(tǒng)的保密性。防泄漏報(bào)

22、警可以使住戶放心，不必因家中只有老人、孩子而擔(dān)心煤氣的泄漏與觸電現(xiàn)象的發(fā)生。一方面杜絕了抄表擾民的問(wèn)題；另一方面可以簡(jiǎn)化管理手段，減輕物業(yè)管理負(fù)擔(dān)。因此三表出戶系統(tǒng)是新一代的具有城市性自動(dòng)化計(jì)量收費(fèi)管理系統(tǒng)，是提高住宅發(fā)展的必然，合乎人們高品質(zhì)生活的追求，符合國(guó)家小康型住宅產(chǎn)業(yè)的精神。</p><p>　　隨著城市生活節(jié)奏的加快，人們需要越來(lái)越多的方便設(shè)施來(lái)滿足生活的需要，小區(qū)智能化是今后的發(fā)展趨勢(shì)。智能抄表系統(tǒng)

23、是智能小區(qū)應(yīng)具有的最基本的系統(tǒng)，它的發(fā)展必將影響到小區(qū)智能的發(fā)展，因此將會(huì)有更多的系統(tǒng)集成商、發(fā)展商看中這個(gè)項(xiàng)目，對(duì)它進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)是極重要的。預(yù)測(cè)三表的前景如下情況：</p><p>　　水表：隨著用水量的增大和不斷完善，水表的前景應(yīng)該是穩(wěn)中有升。</p><p>　　電表：因?yàn)殡姷膽?yīng)用越來(lái)越廣泛，電表的發(fā)展應(yīng)該是高居首位。</p><p>　　燃?xì)獗恚弘姷膹V泛應(yīng)

24、用，可能會(huì)使得氣表只能保持穩(wěn)定或者是略有下降。</p><p>　　1.3 住宅抄表自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用條件</p><p>　　自動(dòng)抄表系統(tǒng)作為一個(gè)實(shí)用系統(tǒng)在住宅建筑工程中的應(yīng)用應(yīng)具備以下條件：</p><p>　　(1)系統(tǒng)產(chǎn)品化、模塊化、系列化，并且可按照住宅建筑類型和用戶的需要，靈活組合所需系統(tǒng)。</p><p>　　(2)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)應(yīng)符

25、合國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及國(guó)家相關(guān)政策導(dǎo)向。</p><p>　　(3)需要相關(guān)供水、供電、供氣、郵電、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)等主管部門(mén)的配合，以及綜合物業(yè)管理的配套實(shí)施。</p><p>　　2 方案論證與比較</p><p><b>　　2.1 抄表部分</b></p><p><b>　　2.1.1方案1：</b

26、></p><p>　　采用高準(zhǔn)確度電能測(cè)量集成電路如ADE7755直接設(shè)計(jì)出可以直接產(chǎn)生脈沖、計(jì)數(shù)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送的集成模塊。但該設(shè)計(jì)該集成電路相對(duì)復(fù)雜。</p><p><b>　　2.1.2方案2：</b></p><p>　　采用CRYSTAL公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率/電能計(jì)量集成電路芯片CS5460。該芯片可以

27、方便的組成多功能電子式電度表和分布電度表和分布式電能計(jì)量管理系統(tǒng)。比目前比較流行的電子電度表芯片如AD7750、AD7755更容易實(shí)現(xiàn)與微處理器的連接而且在AD7750/55的基礎(chǔ)增加了更多的功能：</p><p>　　·具有片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器（Watch Dog Timer）與內(nèi)部電源監(jiān)視器；</p><p>　　·具有瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電流有效值、電壓有效

28、值、功率有效值測(cè)量及電能計(jì)量功能；</p><p>　　·提供了外部復(fù)位引腳；</p><p>　　·雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；</p><p>　　·外部時(shí)鐘最高頻率可達(dá)20MHz；</p><p>　　·具有功率方向輸出指示。</p><p>　

29、　這些增加的功能更加便于與微處理器（MPU）接口，并能方便地實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率的測(cè)量和用電量累積等功能。該產(chǎn)品將是未來(lái)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，但在現(xiàn)階段可能成本較高對(duì)一些用戶來(lái)講會(huì)難接受。</p><p><b>　　2.1.3方案3：</b></p><p>　　針對(duì)現(xiàn)階段大多數(shù)用電戶所使用的感應(yīng)式電能表的情況，采用AT89C51單片機(jī)為核心加入光電轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)脈沖轉(zhuǎn)換并

30、利用霍兒傳感器UGN30T51進(jìn)行電流檢測(cè)具有報(bào)警和自動(dòng)斷電的功能。改裝起來(lái)比較方便，設(shè)計(jì)該電路所需成本較低。</p><p>　　2.2 數(shù)據(jù)傳輸部分</p><p><b>　　2.2.1方案1：</b></p><p>　　基于RS—485的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是無(wú)線采集模塊采用先進(jìn)的無(wú)線傳輸技術(shù)，使無(wú)線采集模塊的安裝極為方便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線

31、手抄和遠(yuǎn)程傳輸形式。能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也比較多，但設(shè)計(jì)起來(lái)電路比較復(fù)雜。</p><p><b>　　2.2.2方案2：</b></p><p>　　采用電話線為載體的以太網(wǎng)形式，其優(yōu)點(diǎn)是改裝成本低不許要再次拉網(wǎng)絡(luò)線。但是調(diào)試過(guò)程復(fù)雜，難以進(jìn)行實(shí)現(xiàn)實(shí)際演示。</p><p><b>　　2.2.3方案3：</b></p&

32、gt;<p>　　CAN總線網(wǎng)絡(luò)。利用CAN總線較其它通訊網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸有兩個(gè)不同之處：一是報(bào)文傳送中不包含目標(biāo)地址，它是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，各接收站根據(jù)報(bào)文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾報(bào)文，該收的收下，不該收的棄而不用。其好處是可在線上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收；二是特別強(qiáng)化了對(duì)數(shù)據(jù)安全性的關(guān)注，滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。而且CAN具有以下主要技術(shù)特性：</p><p>　?。?）CA

33、N遵從ISO/OSI模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層。采用雙絞線，通信速率最高可達(dá)到1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/5kbps.同一段總線內(nèi)最多可掛接110個(gè)設(shè)備。</p><p>　?。?）CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能，切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上其它節(jié)點(diǎn)不受影響，具有很強(qiáng)的抗干擾

34、能力。</p><p>　　（3）CAN支持多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任何時(shí)候主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突</p><p>　　該方案特點(diǎn)是在硬件電路的設(shè)計(jì)上比較簡(jiǎn)單，演示起來(lái)比較方便，需要的成本相對(duì)以上的兩個(gè)方案中也不是很高。</p><p>　　綜合以上抄表

35、模塊和通訊模塊的幾種方案，從設(shè)計(jì)方面，成本問(wèn)題，現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)情況，用電戶接受程度以及在改裝過(guò)程中安裝是否方便等方面綜合考慮得出以下電集中抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括的電路有光電轉(zhuǎn)換電路，電流檢測(cè)電路，報(bào)警斷電電路和CAN總線通信電路。總的設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p&g

36、t;<p>　　3.1 電能表模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在實(shí)際生活中有許多類型的電能表總的可以分為感應(yīng)式電能表、脈沖式電能表和全電子式電能表等幾大類。然而由于感應(yīng)式電能表價(jià)格低廉，計(jì)量準(zhǔn)確所以被得到廣泛地應(yīng)用。它利用金屬鋁轉(zhuǎn)盤(pán)中的感應(yīng)電流與通有交流電流的固定線圈的磁場(chǎng)相互作用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩以驅(qū)動(dòng)鋁盤(pán)旋轉(zhuǎn)，從而得到累計(jì)消耗的電能。但感應(yīng)式電能表由于自身無(wú)防盜電功能，隨著電力事業(yè)的發(fā)展，這一缺點(diǎn)

37、給電力部門(mén)帶來(lái)的損失日益突現(xiàn)出來(lái)。因此，在感應(yīng)式電能表的基礎(chǔ)上加裝防盜電功能，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　在感應(yīng)式電能表的使用中，常見(jiàn)的盜電方式有以下幾種：</p><p>　?。ǎ保┰陔娔鼙淼膬?nèi)部斷開(kāi)電壓扣，使得固定線圈內(nèi)無(wú)交流電流通過(guò)而不產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而使鋁盤(pán)不能旋轉(zhuǎn)，并最終導(dǎo)致電能表不能對(duì)累計(jì)消耗的電能進(jìn)行計(jì)量。</p><p>　?。ǎ玻╇娔鼙淼?/p>

38、進(jìn)出線反接，使鋁盤(pán)產(chǎn)生相反的旋轉(zhuǎn)，以減小電能表計(jì)數(shù)。</p><p>　?。ǎ常┰陔娔鼙淼耐獠坑脤?dǎo)線短接電能表，電能表的計(jì)量值僅為實(shí)際耗電的一半。</p><p>　　在分析了防盜電現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，給出了一種帶防盜電功能的新式智能化感應(yīng)式電能表。該系統(tǒng)主要由光電轉(zhuǎn)換電路、電流檢測(cè)電路、單片機(jī)AT89C51、繼電器和報(bào)警電路等組成。其系統(tǒng)主要電路組成框圖如圖3.1所示。</p>

39、<p>　　圖3.1為抄表模塊電路框圖</p><p>　　3.1.1AT89C51介紹</p><p><b>　?。?）單片機(jī)概述</b></p><p>　　自單片機(jī)出現(xiàn)至今，它已走過(guò)近20年的發(fā)展路程?？v觀20年來(lái)單片機(jī)的發(fā)展歷程，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器MPU技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出微

40、處理器更具有個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)代單片機(jī)具有壽命長(zhǎng)、速度越來(lái)越快、低電壓、低功耗、低噪聲與高可靠性技術(shù)等許多優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的產(chǎn)品非常多，例如：</p><p>　　Motorola單片機(jī)：Motorola公司是世界上最大的單片機(jī)廠商。在8位機(jī)中68HC05、68CH08有30多個(gè)系列，200多個(gè)品種。還有8位增強(qiáng)型68HC11，16位68HC16、32位機(jī)683XXX等。近年來(lái)以FOWER PC Coldtirc等為

41、CPU，將DSP作為輔助模塊集成的單片機(jī)也紛紛推出。</p><p>　　Microship單片機(jī)：是市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)。它的主要產(chǎn)品有16C系列8位機(jī)，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，僅33條指令，運(yùn)行速度快，低價(jià)位，全部是DTP器件。</p><p>　　8051類單片機(jī)：由Inter公司推出，是世界上用量最大的幾種單片機(jī)之一。由于Inter公司在嵌入式應(yīng)用方面，將重點(diǎn)放在186、386

42、、奔騰等與PC機(jī)兼容的高檔芯片的開(kāi)發(fā)上，8051類單片機(jī)主要由Philips、三星、華邦等公司接產(chǎn)。這些公司都保持在與8051單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了8051許多特性，提高了速度、降低了時(shí)鐘頻率、放寬了電源電壓的動(dòng)態(tài)范圍、降低了產(chǎn)品價(jià)格。此外，還有Scenix單片機(jī)、NEC單片機(jī)、東芝單片機(jī)、富士通單片機(jī)、EPSON單片機(jī)、三星單片機(jī)、華邦單片機(jī)等。</p><p>　　（2）ATMEL公司的89系列單片機(jī)<

43、;/p><p>　　本課題在選取單片機(jī)時(shí)，充分借鑒了許多成形產(chǎn)品使用單片機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)自己的實(shí)際情況，選擇了ATMEL公司的AT89C51。</p><p>　　ATMEL公司的89系列單片機(jī)以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的電擦寫(xiě)操作，低廉的價(jià)格、超強(qiáng)的加密功能，完全替代87C51/62和8751/52，低電壓、低電源、低功耗，有DIP、PLCC、QFP封裝，有民用型、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)

44、、軍品級(jí)等多種溫度等級(jí)，是當(dāng)今世界上性能最好、價(jià)格最低、最受歡迎的八位單片機(jī)。</p><p>　　AT89C51的特性：</p><p>　　與MCS—51產(chǎn)品兼容</p><p>　　4K字節(jié)可編程閃速程序存儲(chǔ)器。壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz～24MHz</p>&l

45、t;p>　　三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定</p><p><b>　　1288內(nèi)部RAM</b></p><p>　　32條可編程I/O口線</p><p>　　兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　五個(gè)中斷源</b></p><p><b>　　可

46、編程串行通道</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃速可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）的低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS—51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制

47、器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p><b>　　管腳說(shuō)明：</b></p><p><b>　　如圖2所示：</b></p><p>　　圖3.2 89C51單片機(jī)管腳圖</p><p>　　VCC（40腳）：供電電源</p><p>　

48、　GND（20腳）：地</p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，作為輸出端，每腳可吸收8個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入，P0口當(dāng)用于外程序數(shù)據(jù)寄存器它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉的8位雙向I/O口。P1口緩沖器能接收或輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可

49、用作輸入。P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流（）,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為帶內(nèi)部上拉的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收或輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)為“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部電路拉高，作為輸入。P2口管腳被外部拉低，將輸出電流（），這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取

50、（MOVX QRI）時(shí)，P2口輸出地址的高八位，在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)（MOVX QRL）P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，可接收或輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口管腳被外部拉低，將輸出電流（），這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3口也可用作AT8

51、9C51的一些特殊功能口，如下所列：</p><p>　　P3.0（RXD）：串行輸入口</p><p>　　P3.1（TXD）：串行輸出口</p><p>　　P3.2（INT0）：外部中斷0</p><p>　　P3.3（INT1）：外部中斷1</p><p>　　P3.4（T0）：計(jì)數(shù)器0外部輸入端</p&

52、gt;<p>　　P3.5（T1）：計(jì)數(shù)器1外部輸入端</p><p>　　P3.6（）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通</p><p>　　P3.7（）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通</p><p>　　P3口同時(shí)為閃速編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入，當(dāng)要使器件復(fù)位時(shí)，要在RST腳保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平

53、時(shí)間。</p><p>　　ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許輸出電平，用于鎖存地址的低位字節(jié)。</p><p>　　:此輸出為外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。</p><p>　?。寒?dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（0000H～FFFFH），不管是否有內(nèi)部存儲(chǔ)器。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工

54、作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。</p><p>　　3.1.2固態(tài)繼電器</p><p>　　固態(tài)繼電器（Solid State Relay）簡(jiǎn)稱SSR，它是一種新型的無(wú)觸點(diǎn)電子繼電器，其輸入端僅要求輸入很小的控制電流，能與TTL、HTL、CMOS等集成電路具有較好的兼容性，而其輸出則用雙向晶閘管來(lái)接通和斷開(kāi)負(fù)載電源。它與

55、普通電磁式繼電器和磁力開(kāi)關(guān)相比，具有開(kāi)關(guān)速度、工作頻率高、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)機(jī)械噪聲、工作可靠、耐沖擊等一系列優(yōu)點(diǎn)。由于無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)其用在需抗腐蝕、抗潮濕、抗振動(dòng)和防爆的場(chǎng)合，更能體現(xiàn)出有機(jī)械觸點(diǎn)繼電器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。另外，其輸入控制端與輸出控制端用光電耦合隔離所需控制驅(qū)動(dòng)電壓低、電流小，易于與計(jì)算機(jī)控制輸出接口。所以在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，已越來(lái)越多地用固態(tài)繼電器取代傳統(tǒng)的電磁式繼電器和磁力開(kāi)關(guān)作開(kāi)關(guān)量輸出控制。在這里，計(jì)算機(jī)將

56、控制信號(hào)送給D/O板，D/O板再將控制信號(hào)經(jīng)過(guò)繼電器去控制電動(dòng)機(jī)、開(kāi)門(mén)電機(jī)的啟動(dòng)和停止，這里我們選用的繼電器也是固態(tài)繼電器。</p><p>　　固態(tài)繼電器是一種四端器件，兩端輸入、兩端輸出，他們之間用光電耦合器隔離。它可以有不同的分類方法。</p><p>　　負(fù)載電源類型分類：可分為直流型（DC-SSR）和交流型（AC－SSR）兩種。直流型是用功率晶體管作開(kāi)關(guān)器件；交流型是用雙向晶閘管

57、作開(kāi)關(guān)器件，分別用來(lái)接通和斷開(kāi)直流或交流負(fù)載電源。</p><p>　　以開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)形式分類：可分為常開(kāi)式和常閉式。目前市場(chǎng)上以常開(kāi)式為多。</p><p>　　以控制觸發(fā)信號(hào)的形式分類：可分為過(guò)零型和非過(guò)零型。它們的區(qū)別在于負(fù)載交流電流導(dǎo)通的條件。非過(guò)零型在輸入信號(hào)時(shí)，不管負(fù)載電源電壓接近零且輸入控制信號(hào)有效時(shí)，輸出端負(fù)載電源才導(dǎo)通。其關(guān)斷條件是在輸入端的控制電壓撤銷后，流過(guò)雙向晶閘管的負(fù)

58、載電流為零時(shí)，SSR關(guān)斷。</p><p>　　固態(tài)繼電器有如下一些主要優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　輸入功率?。撼鲇谄漭斎攵瞬捎霉怆婑詈掀骷潋?qū)動(dòng)電流僅需幾毫安便能可靠地控制，所以可以直接用TTL、HTL、CMOS等集成驅(qū)動(dòng)電路控制。</p><p>　　高可靠性：由于其結(jié)構(gòu)上無(wú)可動(dòng)接觸部件，且采用全塑密閉式封裝，所以SSR開(kāi)關(guān)時(shí)無(wú)抖動(dòng)和回跳現(xiàn)象，無(wú)機(jī)械噪聲，同時(shí)

59、能耐潮、耐振、耐腐蝕；由于無(wú)觸點(diǎn)火花，可用在易燃易爆介質(zhì)的場(chǎng)合。</p><p>　　低電磁噪聲：交流型SSR在采用了過(guò)零觸發(fā)技術(shù)后，電路具有零電壓開(kāi)啟、零電流關(guān)斷的特性，可使對(duì)外界和本系統(tǒng)的射頻干擾減低到最低程序。</p><p>　　能承受的浪涌電流大：其數(shù)值可為SSR額定值的6-10倍。</p><p>　　抗干擾能力強(qiáng)：由于輸入與輸出之間采用了光電隔離，割斷

60、了兩者的電器聯(lián)系避免了輸出功率負(fù)載電路對(duì)輸入電路的影響。另外，又在輸出端附加了干擾網(wǎng)絡(luò)，有效地抑制了線路中dv/di和di/dt的影響。</p><p>　　結(jié)合以上固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際需要，我們采用了常開(kāi)式和常閉式的、交流型的固態(tài)繼電器。這類交流型的固態(tài)繼電器的輸入和輸出端是通過(guò)光電耦合器隔離，這樣可以割斷外部輸出負(fù)載電路對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾。另外，它是用雙向晶閘管作開(kāi)關(guān)器件。晶閘管習(xí)慣上又稱可控硅，它是一種大

61、功率半導(dǎo)體器件，它既有單向?qū)щ姷恼髯饔茫钟锌梢钥刂频拈_(kāi)關(guān)作用。這里利用它可以控制的開(kāi)關(guān)作用。其工作原理是：當(dāng)輸入端有輸入電壓時(shí)，經(jīng)過(guò)光電耦合器的耦合作用，與雙向晶閘管控制極（門(mén)極）相連的電路接通，晶閘管控制極加上電壓，則晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)若該固態(tài)繼電器是常開(kāi)式的，則接通負(fù)載電源；若是常閉式的繼電器，則斷開(kāi)負(fù)載電源。當(dāng)輸入端電壓是零時(shí)，繼電器內(nèi)部的晶閘管的控制極沒(méi)有控制信號(hào)，由于與繼電器相連的電路是交流回路，電流過(guò)零或者進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，晶

62、閘管自動(dòng)關(guān)斷。為了使固態(tài)繼電器再次響應(yīng)，必須重加控制信號(hào)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下輸入部分是一個(gè)砷化鎵發(fā)光二極管（也可是別的發(fā)光二極管），該二極管在5－15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出部分是一硅光敏雙向可控硅，在紅外線作用下，可雙向?qū)?。如下圖3.3所示：</p><p><b>　　圖3.3繼電器原理</b></p><p>　　3.1.3光電轉(zhuǎn)

63、換電路設(shè)計(jì)</p><p>　　光電轉(zhuǎn)換電路主要將鋁盤(pán)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電脈沖，以此來(lái)作為單片機(jī)的一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。它以感應(yīng)式電能表的電磁系統(tǒng)為工作元件，并在電能表的鋁盤(pán)表面印上黑色的分度線進(jìn)行分度。為了區(qū)分鋁盤(pán)的正反轉(zhuǎn)，分度線間隔寬度應(yīng)按順時(shí)針?lè)较蛑饾u增加，然后用反射式光電頭發(fā)射光束來(lái)采集分度線標(biāo)記，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路變換，最后輸出與鋁盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度和分度線寬度成正比的電脈沖以給單片機(jī)提供一路檢測(cè)信號(hào)。其電路圖如圖3.4所示。

64、圖中，D1為發(fā)光管HG410，D2為接收管3DU31，它們按一定的角度被固定在旋轉(zhuǎn)鋁盤(pán)的上方，當(dāng)鋁盤(pán)的黑色分度線到達(dá)光線區(qū)時(shí)，D2接收管的集電極輸出一正脈沖，并經(jīng)CD4069的兩個(gè)非門(mén)和R3構(gòu)成的施密特觸發(fā)器整形后加到單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0的輸入端口（），作為捕捉信號(hào)。</p><p>　　圖3.4光電轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.1.4電流檢測(cè)電路</p><p

65、>　　電流檢測(cè)電路主要由線性霍爾磁敏傳感器UGN3501T、鉗形冷軋硅鋼片和信號(hào)處理電路組成。其電路如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5電流檢測(cè)電路</p><p>　　該電路將霍爾元件置于鉗形冷軋硅鋼片的空隙中，當(dāng)有電流流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，就會(huì)在鉗形圓環(huán)中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其大小正比于流過(guò)導(dǎo)線的電流，這個(gè)磁場(chǎng)作用于霍爾元件上并感應(yīng)出相應(yīng)的霍爾電勢(shì)，該電勢(shì)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器μA741放大，這樣

66、，當(dāng)電路中有電流流過(guò)時(shí)，放大器輸出的高電平將作為單片機(jī)的一個(gè)檢測(cè)信號(hào)加到單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1。調(diào)整放大器中兩個(gè)電阻RW和R5可以得到滿足輸入到單片機(jī)高電平信號(hào)。為了是電路更加穩(wěn)定也可以在放大器的輸入端加入一個(gè)二極管D1作為開(kāi)關(guān)用當(dāng)有足夠大的電平信號(hào)D1便導(dǎo)通，在輸出端加入電容C和二極管D2為穩(wěn)壓管用。</p><p>　　3.1.5單片機(jī)系統(tǒng)電路</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)電路主要

67、完成對(duì)光電檢測(cè)信號(hào)、電流檢測(cè)信號(hào)的比較計(jì)算，同時(shí)輸出控制報(bào)警信號(hào)。該電路由單片機(jī)AT89C51、固體繼電器，蜂鳴器報(bào)警電路等組成，電路如圖3.6所示</p><p>　　圖3.6系統(tǒng)報(bào)警電路</p><p>　　該電路將光電信號(hào)加到單片機(jī)的輸入捕捉端的目的是利用定時(shí)／計(jì)數(shù)器Ｔ0的輸入捕捉功能來(lái)檢測(cè)光電轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖及脈沖寬度的變化情況，以確定鋁盤(pán)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。將電流檢測(cè)電路的輸出信號(hào)加到

68、定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1端，然后通過(guò)讀取T1的電平值和T0對(duì)光電信號(hào)的捕捉結(jié)果，就可以判斷是否有盜電情況發(fā)生。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將P2.0端接繼電器驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器報(bào)警電路。</p><p>　　3.2 CAN總線接口電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1CAN總線概況</p><p>　　控制器局部網(wǎng)（CAN——Controller Area Network）屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇

69、，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，其總線規(guī)范已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域中，CAN總線得到了計(jì)算機(jī)芯片商的廣泛支持，他們紛紛推出直接帶有CAN接口的微處理器（MCU）芯片。帶有CAN的MCU芯片總量已經(jīng)達(dá)

70、到1億3千萬(wàn)片（不一定全部用于CAN總線）；因此在接口芯片技術(shù)方面，CAN已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于FF、PROFIBUS、LONWORKS等其它所有現(xiàn)場(chǎng)總線。</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)及其技術(shù)日益成為國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域關(guān)注的一大焦點(diǎn)，其原因是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，形成了全新的網(wǎng)絡(luò)集成分布式控制系統(tǒng)。在我國(guó)，現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)發(fā)展到推廣應(yīng)用階段，中國(guó)已經(jīng)成為各種現(xiàn)場(chǎng)總線激烈爭(zhēng)奪的重要戰(zhàn)場(chǎng)。因此研究現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其產(chǎn)品就

71、顯得尤為重要。</p><p>　　3.2.2SJA1000介紹</p><p>　　SJA1000是一種獨(dú)立控制器，用于汽車(chē)和一般工業(yè)環(huán)境中的局部網(wǎng)絡(luò)控制。它是Phlips公司的PCA82C200CAN控制器（basic CAN）的代替產(chǎn)品。而且，它增強(qiáng)了一種新的工作模式（peli CAN）,這種模式支持具有很多新特點(diǎn)的CAN2.0B協(xié)議，SJA1000具有如下特點(diǎn)：</p>

72、<p>　　與PCA82C200獨(dú)立CAN控制器引腳和電器兼容。</p><p>　　PCA82C200模式（既默認(rèn)basic CAN模式）。</p><p>　　擴(kuò)展的接收緩沖器（64B、先進(jìn)先出FIFO）。</p><p>　　與CAN2.0B協(xié)議兼容（PCA82C200兼容模式中的無(wú)源擴(kuò)展結(jié)構(gòu)）。</p><p>　　同時(shí)

73、支持11位和29位標(biāo)識(shí)符。</p><p>　　位速率可達(dá)1Mbit/s。</p><p>　　Peli CAN模式擴(kuò)展功能：</p><p>　　—可讀/寫(xiě)訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器；</p><p>　　—可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制；</p><p>　　—最近一次錯(cuò)誤代碼寄存器；</p><p>　　—對(duì)

74、每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤的中斷；</p><p>　　—具有詳細(xì)位號(hào)（Bit position）的仲裁丟失中斷；</p><p>　　—單次發(fā)送（無(wú)重發(fā)）；</p><p>　　—只聽(tīng)模式（無(wú)確認(rèn)、無(wú)激活的錯(cuò)誤標(biāo)志）；</p><p>　　—支持熱插拔（軟件位速率檢測(cè)）；</p><p>　　—接收過(guò)濾器擴(kuò)展（4B代碼，4

75、B屏蔽）；</p><p>　　—自身信息接收（自接收請(qǐng)求）。</p><p>　　24MHz時(shí)鐘頻率。</p><p>　　可以和不同微處理器接口。</p><p>　　可編程的CAN輸出驅(qū)動(dòng)器配置。</p><p>　　增強(qiáng)的溫度范圍（-40到+50度）。</p><p><b>

76、　?。?）內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　SJA1000 CAN控制器主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：</p><p>　　接口管理邏輯（IML）</p><p>　　接口管理邏輯解釋來(lái)自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址，向主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息。</p><p>　　發(fā)送緩沖器（TXB）</p><

77、p>　　發(fā)送緩沖器是CPU和BSP（位流處理器）之間的接口，能夠存儲(chǔ)發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上的完整報(bào)文。緩沖器長(zhǎng)13B，由CPU寫(xiě)入，BSP讀出。</p><p>　　接收緩沖器（RXB，RXFIFO）</p><p>　　接收緩沖器是接收過(guò)濾器和CPU接口，用來(lái)接收CAN總線上的報(bào)文，并存儲(chǔ)接收到的報(bào)文。接收緩沖器（RXB，13B）作為接收FIFO（RXFIFO，長(zhǎng)64B）的一個(gè)窗口，可

78、被CPU訪問(wèn)。</p><p>　　CPU在此FIFO的支持下，可以在處理報(bào)文的時(shí)候接收其他報(bào)文。</p><p>　　接收過(guò)濾器（ACF）</p><p>　　接收過(guò)濾器把它其中的數(shù)據(jù)和接收的標(biāo)識(shí)符相比較，以決定是否接收?qǐng)?bào)文。在純粹的餓接收測(cè)試中所以的報(bào)文都保存在RXFIFO中。</p><p>　　位流處理器（BSP）</p>

79、<p>　　位流處理器是一個(gè)在發(fā)送緩沖器、RXFIFO和CAN總線之間控制數(shù)據(jù)流的序列發(fā)生器。它還執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁、總線填充和錯(cuò)誤處理。</p><p>　　位時(shí)序邏輯（EML）</p><p>　　位時(shí)序邏輯監(jiān)視串行CAN總線，并處理 與總線有關(guān)的定時(shí)器。</p><p>　　錯(cuò)誤管理邏輯（EML）</p><p>　　EM

80、L負(fù)責(zé)傳送層中調(diào)制器的錯(cuò)誤界定。它接收BSP的錯(cuò)誤報(bào)告，并將錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)數(shù)字通知BSP和IML。</p><p><b>　　（2）引腳介紹</b></p><p>　　SJA1000為28腳DIP和SO封裝，引腳如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 SJA1000引腳圖</p><p><b>　　引腳

81、功能介紹如下：</b></p><p>　　AD7-AD0：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線。</p><p>　　ALE/AS：ALE輸入信號(hào)（Intel模式），AS輸入信號(hào)（Motorola模式）。</p><p>　　/CS:片選輸入，低電平允許訪問(wèn)SJA1000。</p><p>　　/RD：微控制器的/RD信號(hào)（Intal模式）或E使

82、能信號(hào)（Motorola模式）。</p><p>　　/WR：微控制器的/WR信號(hào)（Intel模式）或R/W信號(hào)（Motorola模式）。</p><p>　　CLKOUT：SJA1000產(chǎn)生的提供給微控制器的時(shí)鐘輸出信號(hào)；此時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)可編程分頻器由內(nèi)部晶振產(chǎn)生；時(shí)鐘分頻寄存器的時(shí)鐘關(guān)閉可禁止該腳。。</p><p><b>　　Vss：接地端。<

83、/b></p><p>　　XTAL1：振蕩器放大電路輸入外部振蕩信號(hào)由此輸入。</p><p>　　XTAL2：振蕩放大電路輸出，使用外部振蕩信號(hào)時(shí)，此引腳必須保持開(kāi)路。</p><p>　　MODE：模式選擇輸入。1=Intel模式，0=Motorola模式。</p><p>　　Vdd3:輸入驅(qū)動(dòng)的5V電壓源。</p>

84、<p>　　TX0：由輸出驅(qū)動(dòng)器0到物理線路的輸出端。</p><p>　　TX1：由輸出驅(qū)動(dòng)器1到物理線路的輸出端。</p><p>　　VSS3：輸出驅(qū)動(dòng)器接地端。</p><p>　　INT：中斷輸出，用于中斷微控制器；INT在內(nèi)部中斷寄存器各位都被置位時(shí)被激活；INT是開(kāi)漏輸出，且與系統(tǒng)的其他INT是線或的；此引腳上的低電平可以把IC從睡眠模式

85、中激活。</p><p>　　RST：復(fù)位輸出，用于復(fù)位CAN接口（低電平有效）；把RST引角通過(guò)電容連到VSS，通過(guò)電阻連到VDD可自動(dòng)上電復(fù)位。</p><p>　　VDD2：輸出比較器的5V電壓源。</p><p>　　RX0，RV1：由物理總線到SJA1000輸出比較器的輸入端；顯性電平將會(huì)喚醒SJA1000的睡眠模式；如果RX1比RX0的電平高，讀出為顯性

86、電平，反之讀出為隱性電平；如果時(shí)鐘分頻寄存器的CBP位被置位，就忽略CAN輸出比較器以減少內(nèi)部延時(shí)（此時(shí)連有外部收發(fā)電路）；這種情況下只有RX0是激活的；隱性電平被認(rèn)為是高，而顯性電平則被認(rèn)為是低。</p><p>　　VSS2：輸入比較器的接地端。</p><p>　　VDD1：邏輯電路的5V電壓源。</p><p><b>　?。?）應(yīng)用說(shuō)明</

87、b></p><p>　　SJA1000在軟件和引角上都是與它的前一款——PCA82C200獨(dú)立控制器兼容的。在此基礎(chǔ)上它增加了很多新的功能。為了實(shí)現(xiàn)軟件兼容，SJA1000增加修改了兩種模式：</p><p>　　Basic CAN模式：PCA82C200兼容模式。</p><p>　　Peli CAN模式：擴(kuò)展模式。</p><p>

88、;　　工作模式通過(guò)時(shí)鐘分頻寄存器中的CAN模式位來(lái)選擇。復(fù)位默認(rèn)模式是Basic CAN模式。</p><p>　　3.2.3與PCA82C200兼容性</p><p>　　在Basic CAN模式中，SJA1000模仿PCA82C200獨(dú)立控制器所有已知的 寄存器。下面所有描述的特性不同于PCA82C200，這主要是為了軟件上的兼容性。</p><p>　　同步模

89、式。在SJA1000的控制寄存器中沒(méi)有SYNC位（在PCA82C200中是CR.6位）。同步只有在CAN總線上隱性至顯性的轉(zhuǎn)換是才有可能發(fā)生。寫(xiě)這一位是沒(méi)有影響的。為了與現(xiàn)有軟件兼容，讀取這一位時(shí)將得到上次寫(xiě)入的值（對(duì)觸發(fā)電路無(wú)影響）。</p><p>　　時(shí)鐘分頻寄存器。時(shí)鐘分頻寄存器用來(lái)選擇CAN工作模式（Basic CAN/Peli CAN）。</p><p>　　接收緩沖器。PCA

90、82C200中雙接收緩沖器的概念被Peli CAN中的接收FIFO所代替。這對(duì)軟件除了會(huì)增加數(shù)據(jù)溢出的可能性之處，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)用上的影響。在數(shù)據(jù)溢出之前，緩沖器可以接收兩條報(bào)文。（最多64B）。</p><p>　　CAN2.0B。SJA1000被設(shè)計(jì)為全面支持CAN2.0協(xié)議，說(shuō)明在處理擴(kuò)展幀的同時(shí)，亦實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展振蕩器容差。在Basic CAN模式下只可以發(fā)送可接收標(biāo)準(zhǔn)幀（11位標(biāo)識(shí)符）。如果此時(shí)檢測(cè)到CAN總線

91、有擴(kuò)展幀（29位標(biāo)識(shí)符），并且報(bào)文正確，則該報(bào)文也會(huì)被允許且給出一個(gè)確認(rèn)信號(hào)，但沒(méi)有接收中斷產(chǎn)生。</p><p>　　5）Basic CAN和Peli CAN模式的區(qū)別</p><p>　　在Peli CAN模式下，SJA1000有一個(gè)含多功能的重寄存器。SJS1000包含了設(shè)計(jì)在PCA82C200中的所有位及一些功能位。Peli CAN模式支持CAN2.0B協(xié)議規(guī)定的所有功能（29位標(biāo)

92、識(shí)符）。</p><p>　?。?）SJA1000的主要新功能：</p><p>　　接收、發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀格式信息。</p><p>　　接收FIFO（64B）。</p><p>　　用于標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的單/雙接收過(guò)濾器（含屏蔽和代碼寄存器）。</p><p>　　讀/寫(xiě)訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器。</p>&

93、lt;p>　　可編程的錯(cuò)誤限制報(bào)警。</p><p>　　最近一次的誤碼寄存器。</p><p>　　對(duì)每一位CAN總線錯(cuò)誤的錯(cuò)誤中斷。</p><p>　　具有詳細(xì)位號(hào)的仲裁丟失中斷。</p><p>　　一次性發(fā)送（當(dāng)錯(cuò)誤或仲裁丟失時(shí)不重發(fā)）。</p><p>　　只聽(tīng)模式（CAN總線監(jiān)聽(tīng)無(wú)，應(yīng)答，無(wú)錯(cuò)誤標(biāo)志

94、）。</p><p>　　支持熱插拔（無(wú)干擾軟件驅(qū)動(dòng)的位速率檢測(cè)）。</p><p>　　硬件禁止CLKIOUT輸出。</p><p>　?。?）Basic CAN地址分配</p><p>　　SJA1000對(duì)微控制器而言是內(nèi)存管理的I/O器件。兩個(gè)器件的獨(dú)立操作是通過(guò)像RAM一樣的片內(nèi)寄存器修正來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p&

95、gt;　　SJA1000的地址區(qū)包括控制段和報(bào)文緩沖器?？刂贫卧诔跏蓟虞d時(shí)，是可編程來(lái)配置通信參數(shù)的（如定位時(shí)等）。微控制器也是通過(guò)這一段來(lái)控制CAN總線上的通信的。在初始化時(shí)，CLKOUT信號(hào)可以被微控制器編程指定一個(gè)值。</p><p>　　應(yīng)發(fā)送的報(bào)文寫(xiě)入發(fā)送緩沖器。成功接收?qǐng)?bào)文后，微控制器從接收緩沖器中讀出接收的報(bào)文，然后釋放空間以便下一次使用。</p><p>　　微控制器和S

96、JA1000之間狀態(tài)、控制和命令信號(hào)的交換都是在控制段中完成的。初始化加載后，寄存器的接收代碼、接收屏蔽、總線定時(shí)寄存器0和1以及輸出控制就不能改變了。只有控制寄存器的復(fù)位位被置高時(shí)，才可以訪問(wèn)這些寄存器。</p><p>　　在以下有兩種不同的工作模式中訪問(wèn)寄存器是不同的：</p><p><b>　　復(fù)位模式。</b></p><p>&l

97、t;b>　　工作模式。</b></p><p>　　當(dāng)硬件復(fù)位或控制器掉電時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入復(fù)位模式。</p><p>　　工作模式是通過(guò)置位控制寄存器的復(fù)位請(qǐng)求激活的。</p><p>　　3.2.4PCA82C250/251收發(fā)器</p><p>　　PCA82C250/251收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸路線之間的接口。此器件

98、對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，可以在汽車(chē)和一般的工業(yè)應(yīng)用上使用。</p><p>　　PCA82C250/251收發(fā)器的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　高速率（1Mbit/s）。</p><p>　　具有抗汽車(chē)環(huán)境中的瞬間干擾，保護(hù)總線能力。</p><p>　　斜率控

99、制，降低射頻干擾（RFI）。</p><p>　　差分接受器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾（EMI）。</p><p><b>　　熱保護(hù)。</b></p><p>　　防止電源和地之間發(fā)生短路。</p><p><b>　　低電流待機(jī)模式。</b></p><p>　　未

100、上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響。</p><p>　　可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　工作溫度范圍：-40到+125度。</p><p><b>　　引腳介紹</b></p><p>　　PCA82C250/251為8引腳DIP和SO兩封裝，引腳如圖3.8所示：</p><p>　　圖3.8 P

101、CA82C250/251引腳圖</p><p><b>　　引腳介紹如下：</b></p><p>　　TCD：發(fā)送數(shù)據(jù)輸入。</p><p><b>　　GND：地。</b></p><p>　　Vcc：電源電壓4.5——5.5V。</p><p>　　RXD：接收數(shù)據(jù)輸出

102、。</p><p>　　Vref:參考電壓輸出。</p><p>　　CANL:低電平CAN電壓輸入/輸出。</p><p>　　CANH:高電平CAN電壓輸入/輸出。</p><p>　　Rs:斜率電阻輸入。</p><p>　　PC82C250/251收發(fā)器是協(xié)議控制和物理傳輸路線之間的接口。如在ISO11898標(biāo)

103、準(zhǔn)中描述的，它們可以用高達(dá)1Mbit/s的位速率在兩條有差動(dòng)電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　這兩個(gè)器件都可以在額定電源電壓分別是12伏（PCA82C250）和24伏（PCA82C251）的CAN總線系統(tǒng)中使用。它們的功能相同，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，可以在汽車(chē)和普通工業(yè)應(yīng)用上使用。PCA82C250和PCA82C251還可以在同一網(wǎng)絡(luò)中互相通訊。而且，它們的引腳和功能兼容。</p><

104、p>　　3.2.5RS-232標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　?。?）RS232總線標(biāo)準(zhǔn)接口及電氣特性</p><p>　　串行通信的方式可以分為同步式及異步式兩種。同步式在通信的兩端使用同步信號(hào)作為通信的依據(jù)；而異步式則使用啟始位及停止位作為通信的判斷，現(xiàn)在則是以使用異步傳輸較多。本系統(tǒng)采用9叫管腳的異步傳輸。</p><p>　　RS232的每一只管腳都有它的功能

105、。也有它信號(hào)流動(dòng)的方向；原來(lái)的RS232設(shè)計(jì)之初是用來(lái)接調(diào)制解調(diào)器做傳輸之用的，也因此它的管腳定義通常也和調(diào)制解調(diào)器傳輸有關(guān)。以下是9支腳的相關(guān)說(shuō)明：</p><p>　　CD：此管腳是由調(diào)制解調(diào)器控制，當(dāng)電話接通之后，傳送的信號(hào)是在載波信號(hào)上面，調(diào)制解調(diào)器利用此管腳通知計(jì)算機(jī)有載波被偵測(cè)到；而當(dāng)載波被偵測(cè)到時(shí)才可保證此時(shí)是處于連線狀態(tài)。一般若計(jì)算機(jī)未收到此信號(hào)，均會(huì)回應(yīng)信息，并將Modem掛線。</p&g

106、t;<p>　　RXD：此管腳會(huì)將遠(yuǎn)程所傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)接收進(jìn)來(lái)；在接收的過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)是以數(shù)字形式傳送，可以在Modem的RXD指示燈上看到明滅交錯(cuò)，此即為0、1交替所產(chǎn)生的現(xiàn)象，也就是電位高低所產(chǎn)生的現(xiàn)象。</p><p>　　TXD：此管腳將計(jì)算機(jī)所欲傳送出去的數(shù)據(jù)傳送出去；在傳送過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)是以數(shù)字形式傳送，可以在Modem的TXD指示燈上看到明滅交錯(cuò)，此即為0、1交替所產(chǎn)生的現(xiàn)象，也就

107、是電位高低所產(chǎn)生的現(xiàn)象。</p><p>　　DTR：此管腳由計(jì)算機(jī)控制，用以通知Modem可以進(jìn)行傳輸。高電位時(shí)表示計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以傳送數(shù)據(jù)過(guò)來(lái)。</p><p>　　GND：此管腳為地線，作為計(jì)算機(jī)與Modem之間的準(zhǔn)位參考。兩端設(shè)備的地線準(zhǔn)位必須一樣，否則會(huì)產(chǎn)生地面回路，使得信號(hào)因準(zhǔn)位的不同而產(chǎn)生偏移，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)果失常。RS232數(shù)據(jù)在傳輸上是采用單接點(diǎn)式的信號(hào)傳送方式，其特

108、點(diǎn)是信號(hào)的電壓準(zhǔn)位乃是參考地線準(zhǔn)位而來(lái)，因此傳送雙方的地線才必須連接在一起，以避免準(zhǔn)位不同而造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。</p><p>　　DSR：此管腳由Modem控制，Modem用這只管腳的高電位通知計(jì)算機(jī)一切準(zhǔn)備就緒，可以傳送數(shù)據(jù)過(guò)來(lái)。</p><p>　　RTS：此管腳由計(jì)算機(jī)控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)。而當(dāng)Modem收到此信號(hào)后，便會(huì)將它由電話線上收到的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)；

109、在此之前若有數(shù)據(jù)傳送至Modem則會(huì)暫存在寄存器中。</p><p>　　CTS：此管腳由Modem控制，用以通知計(jì)算機(jī)將欲傳送的數(shù)據(jù)送至Modem。當(dāng)計(jì)算機(jī)收到此管腳的信號(hào)，即將準(zhǔn)備送出的數(shù)據(jù)送至Modem，而Modem則將計(jì)算機(jī)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)由電話線路送出。</p><p>　　RI：Modem通知計(jì)算機(jī)有電話進(jìn)來(lái)，是否接聽(tīng)電話則由計(jì)算機(jī)決定。如果計(jì)算機(jī)設(shè)置Modem為自動(dòng)應(yīng)答模式，則M

110、odem在聽(tīng)一定的震鈴后即會(huì)自動(dòng)接聽(tīng)電話。</p><p>　　計(jì)算機(jī)上的RS232，其9腳管腳定義如表3.1所示</p><p>　　表3.1 RS232 管腳編號(hào)及意義</p><p>　?。?）RS232傳遞信息的格式標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　RS232采用按位串行方式。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所傳遞的信息規(guī)定如下：信息的開(kāi)始為起始位，</p&g

111、t;<p>　　信息的結(jié)尾為停止位，它可以是一位、一位半或兩位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校驗(yàn)位；如果兩個(gè)信息之間無(wú)信息，則應(yīng)寫(xiě)“1”，表示空。其格式標(biāo)準(zhǔn)如圖3.9所示</p><p>　　圖3.9 RS232數(shù)據(jù)傳輸格式</p><p>　?。?）RS232電氣特性</p><p>　　由于RS232是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通

112、信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。RS232標(biāo)準(zhǔn)接口的輸入/輸出信號(hào)電平為EIA電平，如表1.5所示。RS232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 b/s。驅(qū)動(dòng)器允許有2500 pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制。信號(hào)傳輸速率為20 kb/s時(shí)，最大傳輸距離為15m。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號(hào)傳

113、送，存在共地噪音和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于短距離通信。</p><p>　　表3.2中列出了RS232的電氣特性：</p><p>　　表3.2 RS232電氣特性</p><p>　?。?）RS232接口的缺點(diǎn)</p><p>　　RS232接口的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：</p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸速率

114、慢：RS232規(guī)定的20kb/s的傳輸速率雖然能滿足異步通信要求，但對(duì)某些同步系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不能滿足傳送速率要求。</p><p>　　傳送距離短：RS232接口的一般裝置之間電纜長(zhǎng)度為15m，即使有較好的線路器件，良好的信號(hào)質(zhì)量，電纜長(zhǎng)度也不會(huì)超過(guò)60m。</p><p>　　接口采用不平衡傳送和接收方式。</p><p>　　在設(shè)備信號(hào)之間可能產(chǎn)生較多的串話干擾。&