矿井安全系统——读卡器母版硬件设计.doc

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1、前言煤矿安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯高度重视煤矿安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作.通过不断的努力，近期煤矿安全生产状况总体上趋于稳定好转，但是由于基础薄弱等种种原因，煤矿安全生产状况仍软不容乐观.井下还普遍存在入井人员管理困难，井上难以及时掌握井下人员总数及动态分布情况，对干部跟班下井，安全人员到岗情况等缺乏有效管理手段，特别是事故状态下，对井下人员的抢救缺乏可靠信息。如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化，信息化也成为所有煤矿关心的问题，因此建立以灾害预防，事故救助，电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。经过

2、不断地关注国内外矿井及其他相关行业的安全监测技术，决定研究如何才能最有效地遏制重特大安全事故的发生。对于技术上，我们在经过研究之后，做了如下决定:矿井安全系统。传统矿井安全监控系统大多采用的是点对点的通信方式，两端分别由一个光猫转换器（RS485-光纤和光纤RS232）转光纤进行通信。各终端与地面控制中心互联互通。功能上实现全方位、人性化的矿井安全监测，并提供多种应急响应方式的通信服务和信息服务。因光纤通信成本高，而CAN总线通信技术日益成熟，本项目拟将光猫转换器改制成RS232与CAN接口的转换器。整个通信系统采用CAN总线来实现。本论文对矿井安全生产、生产人员活动情况的监视以及在危险发生时

3、抢救工作的顺利进行，而提出了关于矿井安全系统的研究。在矿井安全系统中，对井下人员的定位是十分重要的，井下作业人员都有一个工卡，为便于井上监控中心知晓井下作业人员的位置情况，在一些固定点安置读卡器，当工卡从读卡器周围经过时，读卡器能够识别该卡，并上传信息给监控机房，监控机房也能够把信息通过读卡器反馈给工卡，本课题设计一个读卡器的母板，为读卡器提供电源和通信接口，并提供与中继器通信的CAN接口及其他附属功能模块。基于毕业设计任务书的要求，所涉及到的专业知识主要包括单片机原理及应用、电路分析、电子技术等，这些，大部分都是大学期间学习过的课程，但是实际地进行工卡的读卡器母版设计，需要我们查阅大量的资料

4、，进一步学习。通过学习和指导老师的指导，基本完成了读卡器母版电路的设计，包括：单片机最小系统设计、基于单片机设计CAN接口电路、数码管显示电路、声光报警电路、cc2430通信接口电路、以及RS232串口通信电路、电源模块电路等。矿井安全系统读卡器母版硬件设计摘要: 近年来，矿井安全事故频发。在分析近期几个煤矿特大事故时发现几个共性问题：地面与井下人员的信息沟通不及时；煤矿事故发生后，抢险救灾安全救护的效率低，搜救效果差。为了在矿难发生后能够迅速确认矿难位置和被困员工人数，以最快的速度开展营救工作，保障矿工的生命安全，在矿井中布置基于高新技术的安全监控管理系统势在必行。 于是，提出了关于矿井安全

5、系统的研究。矿井安全系统是一个基于CAN总线网络和射频识别技术的定位系统，该系统可以实时地将矿井下人员的当前位置通过CAN总线网络传送到位于地面的上位机。对于矿井安全系统，井下作业人员都有一个工卡，为便于井上监控中心知晓井下作业人员的位置情况，在一些固定点安置读卡器，当工卡从读卡器周围经过时，读卡器能够识别该卡，并上传信息给监控机房，监控机房也能够把信息通过读卡器反馈给工卡，本课题设计一个读卡器的母板，为读卡器提供电源和通信接口，并提供与中继器通信的CAN接口及其他附属功能模块。所涉及到的专业知识主要包括单片机原理及应用、电路分析、电子技术等，这些，大部分都是大学期间学习过的课程，但是实际地进

6、行工卡的读卡器母版设计，需要我们查阅大量的资料，进一步学习。在指导老师的指导下，基本完成了读卡器母版电路的设计，包括：单片机最小系统设计、基于单片机设计CAN接口电路、数码管显示电路、声光报警电路、cc2430通信接口电路、以及RS232串口通信电路、电源模块电路等。关键字：矿井安全系统、CAN总线、SJA1000、RS232串口通信、MCU控制器Abstraet：KeyWords：第一章 矿井安全系统1.1背景介绍随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，以及矿务局自身现代化管理的需求，矿井安全监测系统越来越体现出其重要性。矿井安全系统是一个基于CAN总线网络和射频识别技术的定位系统，该系统可以

7、实时地将矿井下人员的当前位置通过CAN总线网络传送到位于地面的上位机，不仅可以掌握井下作业情况，而且一旦发生安全事故，救援人员也可根据井下人员定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。具有成熟度高、稳定性强等特点。系统集成了矿井人员定位、跟踪，报警求助、预警救援、考勤统计等基本功能，并扩展了安全监测管理，区域禁入管理，丢失报警，紧急事件处理，系统运行管理，历史数据的记录与查询，统计分析，网络化与信息共享等功能。将为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。1.2矿井安全系统概述1.2.1整体方案设计矿井安全系统系

8、统包含5个大的工作模块，具体为上位机（PC）、转换器（实现CAN和RS232之间的转换）、分站（实现CAN中继功能）、识别器（读卡器）和识别卡(工卡)。上位机与转换器之间采取串口通讯模式，设别器与设别卡之间采取无线通讯模式，其他各个模块间采用CAN总线实现相互之间的通信。如下图：上位机和转换器位于地面，分站、设别器、设别卡位于井下。整个系统最多可以有64个分站，每个分站最多可带64个识别器，整个系统最多可以有250个识别器。1.2.2主要特点1、抗干扰能力极强，漏读率低；2、每个分站都可独立判断人员进出方向；3、分站具有无线中继的功能； 4、图形化软件，功能丰富；5、具有双向呼叫功能；6、按最

9、新安标标准认证；7、设备故障自检；8、产品代理价格低廉，极具竞争力；1.2.3主要功能1、定位功能：实时跟踪到特定人员的当前井下位置，能够用不同标识、模拟图形或颜色、数据，动态、实时显示井下各类人员状况和分布情况，并能动态显示井下人员的当班活动模拟轨迹。 2、人员管理功能：可以分别根据站点和工号查询人员信息及其所处站点位置和来源站点位置，并且实现了对七天以内的人员轨迹信息包括站点ID、站点位置和到达时间的查询，以及查询某工种在一天之内未到达的区域。3、考勤功能：对全矿个人、部门以及干部的考勤信息查询、统计和显示；还能够实时对煤矿人员入井时间、升井时间进行统计；能实时对各单位人员下井班数、班次、

10、迟到、早退等情况进行监测和分类统计。4、紧急搜救与报警功能及系统管理功能等等。1.2.4系统各模块实现矿井安全系统主要进行井下人员定位，主要用于煤业、金属矿业等井下和隧道作业场所。首先在井下的各个坑道和井下所有人员可能经过的通道中安装分站，具体数量和位置根据现场实际工况和要实现的功能要求而定，并且将它们通过网络布线（CAN总线）和地面控制中心（控制机房）的计算机联网。同时在每个下井人员身上佩带一个识别卡（电子标签），当下井人员进入井下以后，只要通过或接近放置在门口或坑道内的任何一个分站，该分站即会马上感应到信号同时立即上传到控制中心的计算机上，计算机马上就可判断出具体信息（如：是谁，在哪个位置

11、，具体时间），同时把它显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上并做好备份，管理者也可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图点击井下某一位置，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。同时控制中心的计算机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表（如：出勤率、总出勤时间、迟到/早退记录、未出勤时间等）。另外一旦井下发生事故，可根据电脑中的人员分布信息马上查出事故地点的人员情况，然后可再用特殊的探测器在事故处进一步确定人员位置，以便帮助营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。系统分站是采集信号的关键部分，形成系统后，它将不断地通过发射天线用低频频率发出载波信号（寻找信号）。

12、当有带识别卡的员工通过分站附近时，它发出固定频率的电磁场将同识别卡芯内的谐振电路产生共振，这时，识别卡芯片被唤醒。原本处于“休眠状态”的芯片被激活并将含有自身种类识别码标志（改名、年龄、所属单位、工种、通过时间）的信息代码调制到载波上经卡内天线发射出去。安装到分站里的读卡模块是采集射频识别卡的第一门户通道，也是读卡器中最重要的一个功能部件。读卡内部集成了无线接收电路及发生基波信号的输出电路。它将接收到识别卡发送过来的识别码信息在其内部经读卡模块调解、带通滤波整形后由输出电路输出序列串行信号。读卡器采用微处理器控制，对收到的信号通过RS232转换模块实现与主控机之间的信息交流。地面主机收到来自分

13、站的人员通过的信息后，运用各自编制的软件平台，实时将人员的动态分布和实际的巷道布局显示出来。我所做的部分就是读卡器的母版设计。第二章 读卡器母版设计2.1单片机最小系统设计单片机微型计算机简称单片机，又称为微控制器，是一种大规模集成电路芯片，是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件，主要功能是负责整个系统的控制。单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。一般由时钟电路、复位电路、片外RAM、片外ROM、按键、数码管、液晶显示器、外部扩展接口等部分组成，结构框图如下： 单片机最小系统结构框图本课程设计一个读卡器的母版电路，原理图（见

14、附件）2.2 CAN接口硬件电路设计2.2.1 CAN总线1.概念CANControl（Controller） Area Network是控制(器)局域网的简称。CAN是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，最初由德国Bosch公司80年代用于汽车内部测试和控制仪器之间的数据通信。目前CAN 总线规范已被国际标准化组织ISO制订为国际标准ISO11898，并得到了Motorola，Intel ，Philips等大半导体器件生产厂家的支持，迅速推出各种集成有CAN协议的产品。目前CAN总线主要用于汽车自动化领域，如发动机自动点火、注油、复杂的加速刹车控制（ASC）、抗锁定刹车系统（AB

15、S）和抗滑系统等。BENZ、BMW等著名汽车上已经采用CAN来满足上述功能。在工业过程控制领域，CAN也得到了广泛的应用。 2. CAN协议 CAN总线采用分层结构，规范规定了任意两个节点之间的兼容性。包括电气特件利数据解释协议。 CAN协议可分为：目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包括了ISO/OSI定义的数据链路的所有功能。目标层的功能包括：确认要发送的信息；位应用层提供接口。传送层功能包括：数据帧组织：总线仲裁：检错、错误报告、错误处理。 CAN总线以报文为单位进行信息交换，报文中含有标示符（ID），它既描述了数据的含义又表明了报文的优先权。CAN总线上的各个协点都可主动发送数据

16、。当同时有两个或两个以上的节点发送报文时，CAN控制器采用ID进行仲裁。ID控制节点对总线的访问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停止发送，总线空闲后，这些节点将自动重发报文。CAN支持四类信息帧类型。 （1）数据帧 CAN协议有两种数据帧类型标准2.0A和标准2.0B。两者本质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为l l位；在2.0B类型中ID为29位。一个信息震中包括7个主要的域： 帧起始域标志数据帧的开始，由一个显性位组成。 仲裁域内容由标示符和远程传输请求位（RTR）组成，RTR用以表明此信息帧是数据帧还是不包含任何数据的远地请求帧。当2.0

17、A的数据帧和2.0B的数据帧必须在同一条总线上传输时，首先判断其优先权，如果ID相同，则非扩展数据帧的优先权高于扩展数据帧。 控制域r0、r1是保留位，作为扩展位，DLC表示一帧中数据字节的数目。 数据域包含08字节的数据。 校验域检验位错用的循环冗余校验域，共15位。 应答域包括应答位和应答分隔符。正确接收到有效报文的接收站在应答期间将总线值为显性电平。 帧结束由七位隐性电平组成。 （2）远程帧 接受数据的节点可通过发远程帧请求源节点发送数据。它由6个域组成：帧起始、仲裁域、控制域、校验域、应答域、帧结束。 （3）错误指示帧 由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报文有误时，将

18、自动发出“活动错误标志”其他节点检测到活动错误标志后发送“错误认可标志”。 （4）超载帧 由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧结束后开始。当接收方接收下一帧之前，需要过多的时间处理当前的数据，或在帧问空隙域检测到显性电平时，则导致发送超载帧。 （5）帧间空隙 位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空隙是必要的，在此期间， CAN不进行新的帧发送，为的是CAN控制器在下次信息传递前有时间进行内部处理操作。当总线空闲时CAN控制器方可发送数据。 3. CAN的主要技术特点CAN网络上的节点不分主从，任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通

19、信方式灵活，利用这一特点可方便地构成多机备份系统 CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的调度 CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。 CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。 4. CAN总线通信系统拓扑结构CAN在物理结构上属于总线式通信网络。系统的组成如下图： CAN总线系统结构图 该系统由上位监控PC机、智能节点和现场设备三部分组成。上位监控P

20、C机主要负责对系统数据的接受与管理、控制命令的发送以及各控制单元动态参数和设备状态的实时显示；智能节点可以使现场设备方便地连接到CAN总线上，主要负责对现场的环境参数和设备状态进行监测，对采集来的数据进行打包处理并将处理古的数字信号通过CAN通信控制器SJA1000发送到CAN总线。 2.2.2 CAN接口硬件电路设计2.2.2.1设计方案CAN接口硬件电路的设计，对CAN总线很是重要。本文正是基于此，对CAN接口硬件电路进行设计分析，给出一种设计方案。CAN接口硬件电路主要包括：单片机、控制器接口、总线收发器和看门狗复位电路等。按照CAN总线物理层协议选择总线介质，设计布线方案，连接成CAN

21、网络。双绞屏蔽线可设两套，在两套介质上同时进行信息传输，接收方只用一个介质。在冗余和非冗余段的连接临界点处进行总线切换。 硬件电路的设计主要是CAN 通信控制器与微处理器之间和CAN总线收发器与物理总线之间的接口电路的设计。CAN通信控制器是CAN总线接口电路的核心，主要完成CAN的通信协议，而CAN总线收发器的主要功能是增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰（RFI），实现热防护等。看门狗电路主要是实现对电路的监控和复位作用。目前广泛流行的CAN总线器件有两大类：一类是独立的CAN控制器，如82C200、SJA1000及Intel82526/82527等，另一类是带有

22、在片CAN的微控制器，如P8XC582及16位微控制器87C196CA/CB等。本课题采用Philips公司生产的SJA1000控制器和周立功公司生产的CTM1050D收发器。主要是考虑到SJA1000有完整的CAN节点且支持CAN 2.0A/B规约，以及CTM1050D支持高速隔离、ESD保护功能。CAN接口硬件电路结构框图如下：2.2.2.2 CTM1050D芯片简介1.概述CTM105D是一款带隔离的高速CAN收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件，这些都被集成在不到3平方厘米的芯片上。芯片的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有

23、DC 2500V的隔离功能及ESD保护作用。和TJA1050一样，该芯片符合ISO 11898标准，因此，它可以和其他遵从ISO 11898标准的CAN收发器产品互操作。2.主要特性（1）具有隔离、ESD保护功能;（2）完全符合工5011898标准的以N收发器;（3）通讯速率最高达1Mbps;（4）隔离电压:DC 2500V;（5）电磁辐射EME极低;（6）电磁抗干扰EM工性极高;（7）无需外加元件可直接使用;（8）至少可连接110个节点;（9）高低温特性好，能满足工业级产品技术要求。3.特性参数（1）电源 ：DC : 4.75-5.25 V，静态电流33mA，最大电流53mA 。（2）CAN

24、总线接口：符合ISO/DIS 11898标准，双绞线输出。（3）串行接口：标准CAN控制器接口，支持各种CAN控制器。（4）输入数据比特率：40Kbps1Mbps。（5）没上电的无源特性（VCC=0V时的总线引脚漏电流）：250uA（V CANH/L=5 V）（6）总线引脚(6, 7)的最大DC电压： -27V+40V（7）湿度：5-95%不结露。（8）隔离电压：DC 2500V。（9）温度范围：-40至+8502.2.2.3 SJA1000芯片简介1.概述SJA1000 是一个独立的CAN控制器，具有完成CAN通信协议所要求的全部特性。经过简单总线连接的SJA1000可完成CAN总线的物理和

25、数据链路层的所有功能，同时，新增加的增强CAN模式（PeliCAN）还可支持CAN2.0B协议。SJA1000 在电路中是一个总线接口芯片，通过它实现上位机与现场微处理器之间的数据通信。该电路的主要功能是通过CAN总线接收来自上位机的数据进行分析组态然后下传给下位机的控制电路实现控制功能，当CAN总线接口接收到下位机的上传数据，SJA1000就产生一个中断，引发微处理器产生中断，通过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析。2.管脚配置SJA1000的管脚图如图所示，主要引脚的功能如下所述。AD7AD0：地址数据复用线。ALE/AS：ALE输入信号（Intel模式）或AS

26、输入信号（Motorola模式）。CS：片选信号，低电平允许访问SJA1000。RD/E：来自微控制器的RD信号（Intel模式）或E使能信号（Motorola模式）。WR：来自微控制器的WR信号（Intel模式）或RD/WR使能信号（Motorola模式）。图SJA1000管脚配置CLKOUT：SJA1000产生用于微控制器的时钟输出信号；时钟信号由内置晶体振荡器通过可编程除法器产生；时钟除法寄存器中的时钟停止位能使该引脚无效。VDD1和VSS1：逻辑电路5V电源和逻辑电路地。XTAL：晶体振荡器放大器输入，外部晶体振荡器信号由该脚输入。XTAL2：晶体振荡器放大器输出，当使用外部晶体振荡器

27、信号时，该输出引脚必须开路。VDD3和VSS3：输出驱动5V电源和输出驱动地。TX0和TX1：CAN输出驱动器0和1输出到物理总线。INT：中断输出，用于触发微控制器中断；内部中断寄存器的任何位置位，INT将低电平输出；INT为开环输出；该引脚为低电平将电路从睡眠状态激活。RST：复位输入，用于复位CAN接口（低电平有效）。VDD2和VSS2：输入比较器5V电源和输入比较器地。RX0和RX1：从物理CAN总线输入到SJA1000的输入比较器。从表1可以看出，SJA1000型独立CAN总线控制器主要由以下几部分构成； （1） 电源：SJA1000有三对电源引脚，用于CAN 控制器内部不同的数字和

28、模拟模块。VDD1/VSS1：内部逻辑 （数字）VDD2/VSS2：输入比较器 （模拟）VDD3/VSS3：输出驱动器 （模拟）为了有更好的EME性能，电源应该分隔开来。例如，为了抑制比较器的噪声，VDD2可以用一个RC滤波器来退耦。（2）复位为了使SJA1000正确复位，CAN控制器的XTAL1管脚必须连接一个稳定的振荡器时钟见（3.4）节，引脚17的外部复位信号要同步并被内部延长到15个tXTAL。这保证了SJA1000所有寄存器能够正确复位见1。要注意的是上电后的振荡器的起振时间必须要考虑。（3）振荡器和时钟策略SJA1000能用片内振荡器或片外时钟源工作。另外CLKOUT管脚可被使能，

29、向主控制器输出时钟频率图4显示了SJA1000应用的四个不同的定时原理。如果不需要CLKOUT信号，可以通过置位时钟分频寄存器（Clock Off=1）关断。这将改善CAN节点的EME性能。CLKOUT信号的频率可以通过时钟分频寄存器改变：fCLKOUT = fXTAL / 时钟分频因子（1，2，4，6，8，10，12，14）上电或硬件复位后，时钟分频因子的默认值由所选的接口模式引脚（11）决定。如果使用16MHz的晶振，Intel模式下CLKOUT的频率是8 MHz。Motorola模式中，复位后的时钟分频因子是12，这种情况CLKOUT 产生1.33MHz的频率。（4）睡眠和唤醒置位命令寄

30、存器的进入睡眠位（BasicCAN模式）或模式寄存器（PeliCAN模式）的睡眠模式位后，如果没有总线活动和中断等待，SJA1000就会进入睡眠模式。振荡器在15个CAN位时间内保持运行状态。此时，微型控制器用CLKOUT频率来计时，进入自己的低功耗模式。如果出现三个唤醒条件之中的一个1，振荡器会再次启动并产生一个唤醒中断。振荡器稳定后，CLKOUT频率被激活。（5）CPU接口SJA1000支持直接连接到两个著名的微型控制器系列：80C51和68xx。通过SJA1000的MODE引脚可选择接口模式：Intel模式： MODE 高Motorola模式： MODE 低地址/数据总线和读/写控制信号

31、在Intel模式和Motorola模式的连接如图5所示。Philips基于80C51系列的8位微控制器和XA结构的16位微型控制器都使用Intel模式。为了和其他控制器的地址/数据总线和控制信号匹配，必须要附加逻辑电路。但是必须确保在上电期间不产生写脉冲。另一个方法在这个时候使片选输入是高电平，禁能CAN控制器。管脚及电气特性与独立CAN总线控制器PCA82C200兼容； 软件与PCA82C200兼容（缺省为基本CAN模式）； 扩展接收缓冲器（64字节FIFO）； 支持CAN2.0B协议； 同时支持11位和29位标识符； 位通讯速率为1Mbits/s; 增强CAN模式（PeliCAN）; 采用

32、24MHz时钟频率； 支持多种微处理器接口； 可编程CAN输出驱动配置； 工作温度范围为-40+125。 2.主要特性（如表1所示） 寄存器配置（复位模式）地址76543210模式寄存0-睡眠方式滤波方式自检方式监听方式复位命令寄存1-自收请求清超限状态释放接收缓冲夭折发送发送状态寄存2总线状态错误状态发送状态接收状态发送完成状态发送缓冲器状数据超限接收中断寄存3总线错误中断仲裁丢失中断错误认可状态唤醒中断数据超限中断错误报警中断发送中断接收中断允许4总线错误中断允许仲裁丢失中断错误认可中断唤醒中断允许数据超限中断错误报警中断发送中断允许接收保留 5 总线定时6SJM.1SJM.0BRP.5B

33、RP.4BRP.3BRP.2BRP.1BRP.0总线定时7SAMTSEG2.2TSEG2.1TSEG2.0TSEG1.3TSEG1.2TSEG1.1TSEG1.输出控制8 COTP1 OCTN1 OCPOL1OCTP0 OCTN0 OCPOL0OCMOD1 OCMOE测试寄存9 保留 10 仲裁丢失11 - - - ALC.4 ALC.3 ALC.2 ALC.1 ALC.0出错码捕12 ECC.7 ECC.6 ECC.5 ECC.4 ECC.3 ECC.2 ECC.1 ECC.0错误警告13 EWL.7 EWL.6 EWL.5 EWL.4 EWL.3 EWL.2 EWL.1 EWL.0 3.管

34、脚配置SJA1000的管脚图如图所示管脚及电气特性与独立CAN总线控制器PCA82C200兼容； 软件与PCA82C200兼容（缺省为基本CAN模式）； 扩展接收缓冲器（64字节FIFO）； 支持CAN2.0B协议； 同时支持11位和29位标识符； 位通讯速率为1Mbits/s; 增强CAN模式（PeliCAN）; 采用24MHz时钟频率； 支持多种微处理器接口； 可编程CAN输出驱动配置； 工作温度范围为-40+125。 图2-3 SJA1000引脚配置 SJA1000的功能框图如表1所示，图2-3是其引脚图。主要引脚的功能如下所述。 AD7AD0：地址数据复用线。 ALE/AS：ALE输入

35、信号（Intel模式）或AS输入信号（Motorola模式）。 CS：片选信号，低电平允许访问SJA1000。 RD/E：来自微控制器的RD信号（Intel模式）或E使能信号（Motorola模式）。 WR：来自微控制器的WR信号（Intel模式）或RD/WR使能信号（Motorola模式）。 CLKOUT：SJA1000产生用于微控制器的时钟输出信号；时钟信号由内置晶体振荡器通过可编程除法器产生；时钟除法寄存器中的时钟停止位能使该引脚无效。 VDD1和VSS1：逻辑电路5V电源和逻辑电路地。 XTAL：晶体振荡器放大器输入，外部晶体振荡器信号由该脚输入。 XTAL2：晶体振荡器放大器输出，当

36、使用外部晶体振荡器信号时，该输出引脚必须开路。 VDD3和VSS3：输出驱动5V电源和输出驱动地。 TX0和TX1：CAN输出驱动器0和1输出到物理总线。 INT：中断输出，用于触发微控制器中断；内部中断寄存器的任何位置位，INT将低电平输出；INT为开环输出；该引脚为低电平将电路从睡眠状态激活。 RST：复位输入，用于复位CAN接口（低电平有效）。 VDD2和VSS2：输入比较器5V电源和输入比较器地。 RX0和RX1：从物理CAN总线输入到SJA1000的输入比较器。从表1可以看出，SJA1000型独立CAN总线控制器主要由以下几部分构成； （2） 电源：SJA1000有三对电源引脚，用于

37、CAN 控制器内部不同的数字和模拟模块。VDD1/VSS1：内部逻辑 （数字）VDD2/VSS2：输入比较器 （模拟）VDD3/VSS3：输出驱动器 （模拟）为了有更好的EME性能，电源应该分隔开来。例如，为了抑制比较器的噪声，VDD2可以用一个RC滤波器来退耦。（2）复位为了使SJA1000正确复位，CAN控制器的XTAL1管脚必须连接一个稳定的振荡器时钟见（3.4）节，引脚17的外部复位信号要同步并被内部延长到15个tXTAL。这保证了SJA1000所有寄存器能够正确复位见1。要注意的是上电后的振荡器的起振时间必须要考虑。（3）振荡器和时钟策略SJA1000能用片内振荡器或片外时钟源工作。

38、另外CLKOUT管脚可被使能，向主控制器输出时钟频率图4显示了SJA1000应用的四个不同的定时原理。如果不需要CLKOUT信号，可以通过置位时钟分频寄存器（Clock Off=1）关断。这将改善CAN节点的EME性能。CLKOUT信号的频率可以通过时钟分频寄存器改变：fCLKOUT = fXTAL / 时钟分频因子（1，2，4，6，8，10，12，14）上电或硬件复位后，时钟分频因子的默认值由所选的接口模式引脚（11）决定。如果使用16MHz的晶振，Intel模式下CLKOUT的频率是8 MHz。Motorola模式中，复位后的时钟分频因子是12，这种情况CLKOUT 产生1.33MHz的频

39、率。（4）睡眠和唤醒置位命令寄存器的进入睡眠位（BasicCAN模式）或模式寄存器（PeliCAN模式）的睡眠模式位后，如果没有总线活动和中断等待，SJA1000就会进入睡眠模式。振荡器在15个CAN位时间内保持运行状态。此时，微型控制器用CLKOUT频率来计时，进入自己的低功耗模式。如果出现三个唤醒条件之中的一个1，振荡器会再次启动并产生一个唤醒中断。振荡器稳定后，CLKOUT频率被激活。（5）CPU接口SJA1000支持直接连接到两个著名的微型控制器系列：80C51和68xx。通过SJA1000的MODE引脚可选择接口模式：Intel模式： MODE 高Motorola模式： MODE 低

40、地址/数据总线和读/写控制信号在Intel模式和Motorola模式的连接如图5所示。Philips基于80C51系列的8位微控制器和XA结构的16位微型控制器都使用Intel模式。为了和其他控制器的地址/数据总线和控制信号匹配，必须要附加逻辑电路。但是必须确保在上电期间不产生写脉冲。另一个方法在这个时候使片选输入是高电平，禁能CAN控制器。SJA1000的新增功能如下： （1）支持CAN2.0B协议 SJA1000完全支持CAN2.0B协议，这意味着实现了扩展的振荡器容差和处理扩展帧报文，在基本CAN方式中，仅可发送和接收标准帧报文（11位标识符），若检测到CAN总线上的扩展帧报文（29位标

41、识符），他们将允许，并在确认报文正确后给予应答，但不会产生接收中断。标识符作为报文的名称将被用于接收器的验收滤波过程中，同时在仲裁处理期间，也用来确定总线访问的优先权。标识符二进制数值愈低，其优先权愈高。 （2）扩展的接收缓冲器 利用SJA1000可将原有的PAC82C200双接收缓冲器被接收FIFO替代，并可用来存储来自CAN总线上被接收和滤波的报文，作为CPU能访问的一个FIFO的13字节窗口，接收FIFO总长度为64字节。通过FIFO，CPU可以在处理一个报文的同时接收其它报文。 （3）增强的错误处理能力 在增强CAN模式功能中，SJA1000为增强错误处理功能增加了一些新的特殊功能寄存

42、器，包括：仲裁丢失捕捉寄存器（ALC），出错码捕捉寄存器（ECC），错误警告极限寄存器（EWLR），RX出错计数寄存器（RXERR）和TX出错计数寄存器（TXERR）等。借助于这些错误寄存器可以找到丢失仲裁位的位置，分析总线错误类型和位置，定义错失仲裁位的位置，分析总线错误类型和位置，定义错误警告极限值以及记录发送和接收时出现错误的个数等。 （4）增强的验收滤波功能 SJA1000带有验收滤波器功能，它的作用是自动检查报文中的标识符和数字节。通过设置滤波，与该总线节点不相关的一个报文或一组报文净不被SJA1000所接收，这样可以提高CPU的利用效率。在增强型CAN方式中，SJA1000还增加了

43、单滤波方式和双滤波方式，可以对标准帧和扩展帧实现更复杂的滤波功能。其电路原理图如图所示：SJA1000控制器4.STC89C52RC简介STC89 C52C/ RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代抗干扰、高速、低功耗单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，具有可靠性高、非易失性存储、功耗低、价格低廉、无法解密等优点。片内含1 K Bytes的EZ PROM，可用来存放电压整定值。STC89C52RC引脚图及主要引脚功能：（1）电源引脚 Vcc（40脚）：典型值5V电源 Vss（20脚）：接地。（2）外部晶振XTAL1、XTAL2 XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个

44、引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。（3）输入输出口引脚： P0口P7口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。（4）控制引脚： RST（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。ALE (30脚）：地址锁存信号输出端。第二功能：编程脉冲输入。-PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。-EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。第二功能：编程电压输入端（+21V）。AT89C51概述AT89C51是一种带4K字节闪烁

45、可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主

46、要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 管脚功能VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口