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基于CAN总线的校园食堂售饭系统的设计.doc
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基于CAN总线的校园食堂售饭系统的设计.doc
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摘 要
CAN 是 Controller Area Network 的缩写(以下称为 CAN),是 ISO 国际标准
化的串行通信协议。在当前的汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低
公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发出来。
本设计以 PIC16F877A 单片机为核心的校园食堂售饭系统的工作原理和设计
方法。CAN 总线由 MCP2510 芯片控制实现,并实现和单片机之间的数据传递。
MCP2510 是一款控制器局域网络 (CAN) 协议控制器 , 完全支持 CAN 总线
V2.0A/B 技术规范。该器件支持 CAN1.2、 CAN2.0A、主动和被动 CAN2.0B 等
版本的协议,能够发送和接收标准和扩展报文。它还同时具备验收过滤以及
报文管理功能。文中介绍了该售饭系统的 CAN 实现部分,包括:CAN 的底层通信
电路、CAN 和单片机的通信设计、数据显示及按键扫描的设计 。单片机通过对
MCP2510 的寄存器读取以及信息的处理,从而实现售饭系统之间的信息传递。文
中还着重介绍了软件设计部分,在这里采用模块化结构,主要模块有:数码管显
示程序、键盘扫描及 MCP2510 信息设置读取、信息处理等。
关键词: PIC16F877A 单片机 MCP2510 芯片 串口通讯
Title Based on CAN Bus System Campus Dining Hall
Abstract
CAN is short for Controller Area Network (hereinafter referred to as CAN), is the ISO
international standard serial communication protocol.In the current auto industry, for
safety, comfort, convenience, low pollution, low-cost requirements, a variety of
electronic control systems have been developed.
The design PIC16F877A MCU Campus Dining Hall as the core principle of the system
and design method.CAN-bus controlled by the MCP2510 chip implementation, and
implementation and data transfer between MCU.MCP2510 is a Controller Area
Network (CAN) protocol controller, full support for the CAN bus V2.0A / B
specifications.The device supports CAN1.2, CAN2.0A, active and passive CAN2.0B
other version of the agreement, the ability to send and receive standard and extended
messages.It also have the acceptance filtering and message management functions.This
paper introduces the implementation of the CAN Canteen system elements, including:
CAN underlying communication circuit, CAN and the MCU communication design,
data display and key scanning design.Microcontroller to read through the MCP2510
registers, and information processing, in order to achieve Canteen transmission of
information between systems.The paper also highlights some of the software design,
where the modular structure, the main modules are: digital display program, keyboard
scanning and MCP2510 information set to read, information processing, etc.
Keywords PIC16F877A microcontroller serial communication MCP2510
目 次
摘 要..................................................................I
Abstract...............................................................II
1 引言.................................................................1
1.1 CAN 总线的产生与发展.............................................1
1.2 CAN 总线特点.....................................................2
2 工作原理..............................................................4
3 硬件部分设计方案......................................................5
3.1 单片机和 MCP2510 连接单元.........................................5
3.2 键盘单元.........................................................5
3.3 七段数码管显示单元...............................................6
4 CAN 协议资料 .........................................................7
4.1 CAN 传输协议实现方案............................................7
4.2 CAN 协议引擎 ...................................................7
4.3 CAN 报文帧 ......................................................9
5 单片机资料...........................................................13
5.1 内部组成 .......................................................13
5.3 引脚功能........................................................15
5.4 存储器组织......................................................16
6 电源输入部分.........................................................23
7 软件部分设计方案.....................................................24
7.1 程序结构分析 ...................................................24
7.2 主程序..........................................................24
结 论.................................................................25
致 谢.................................................................26
参 考 文 献............................................................27
附录 A:程序清单 ........................................................29
.
1
1 引言
1.1 CAN 总线的产生与发展
控制器局部网(CAN-CONTROLLER AREA NETWORK)是 BOSCH 公司为现代汽车
应用领先推出的一种多主机局部网,由于其高性能、高可靠性、实时性等优点
现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、
环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。 随着计算机硬件、
软件技术及集成电路技术的迅速发展,工业控制系统已成为计算机技术应用领
域中最具活力的一个分支,并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的
高要求,工业控制系统的发展主要表现为:控制面向多元化,系统面向分散化,
即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。分散式工业控制系统就是为适
应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心,将 5C 技术--COMPUTER
(计算机技术)、CONTROL(自动控制技术)、COMMUNICATION(通信技术)、CRT
(显示技术)和 CHANGE(转换技术)紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展
性、可维护性以及抗故障能力等方面,较之分散型仪表控制系统和集中型计算
机控制系统都具有明显的优越性。 典型的分散式控制系统由现场设备、接口与
计算设备以及通信设备组成。现场总线(FIELDBUS)能同时满足过程控制和制
造业自动化的需要,因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个
领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现
场总线的研究尚未能提出一个完善的标准,但现场总线的高性能价格比将吸引
众多工业控制系统采用。同时,正由于现场总线的标准尚未统一,也使得现场
总线的应用得以不拘一格地发挥,并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。
控制器局部网 CAN(CONTROLLER AERANETWORK)正是在这种背景下应运而生的。
由于 CAN 为愈来愈多不同领域采用和推广,导致要求各种应用领域通信报文的
标准化。为此,1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制订并发布了 CAN 技术
规范(VERSION 2.0)。该技术规范包括 A 和 B 两部分。2.0A 给出了曾在 CAN 技
术规范版本 1.2 中定义的 CAN 报文格式,能提供 11 位地址;而 2.0B 给出了标
准的和扩展的两种报文格式,提供 29 位地址。此后,1993 年 11 月 ISO 正式颁
布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网(CAN)国际标
准(ISO11898),为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。
.
2
1.2 CAN 总线特点
CAN 总线是德国 BOSCH 公司从 80 年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪
器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议,它是一种多主总线,通信介质可
以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达 1MBPS。
1.2.1 CAN 总线通信接口中集成了 CAN 协议的物理层和数据链路层功能,可完成
对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项
工作。
1.2.2 CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数
据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制,数据
块的标识码可由 11 位或 29 位二进制数组成,因此可以定义 211 或 229 个不同的数据
块,这种按数据块编码的方式,还可使不同的节点同时接收到相同的数据,这一点在
分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为 8 个字节,可满足通常工业领域中控
制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时,8 个字节不会占用总线时间过长,
从而保证了通信的实时性。CAN 协议采用 CRC 检验并可提供相应的错误处理功能,保
证了数据通信的可靠性。CAN 卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计,特别适合工
业过程监控设备的互连,因此,越来越受到工业界的重视,并已公认为最有前途的现
场总线之一。
1.2.3 CAN 总线采用了多主竞争式总线结构,具有多主站运行和分散仲裁的串行
总线以及广播通信的特点。CAN 总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节
点发送信息而不分主次,因此可在各节点之间实现自由通信。CAN 总线协议已被国际
标准化组织认证,技术比较成熟,控制的芯片已经商品化,性价比高,特别适用于分
布式测控系统之间的数通讯。CAN 总线插卡可以任意插在 PC AT XT 兼容机上,方便地
构成分布式监控系统。
1.2.4 结构简单,只有 2 跟线与外部相连,并且内部集成了错误探测和管理模块。
1.2.5 CAN 的特点如下:
CAN(Controller Area Network)总线,也称控制器局部网,由于采用了许多新技
术及独特的设计,CAN 总线与一般的通信总线相比,它的数据通信具有突出的可靠性、
实时性和灵活性。其特点如下: CAN 是具有国际标准的现场总线。 CAN 为多主工作方
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