现场总线的设计与应用.docx

班级070XX学号070XXXXX本科毕业设计论文题目现场总线适配器的设计学院XXXXX专业XXXXX学生姓名XXXXX导师姓名XXXXX毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文现场总线适配器的设计是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。本论文和资料假设有不实之处，本人承当一切相关责任。论文XXXX（签字）时间：2012年05月18H指导教师已阅：XXXXX（签字）时间：2012年05月18日西安电子科技大学长安学院毕业设计（论文）任务书学生姓名XXXX学号070XXXXX指导教师XXXXXX职称XXXX学院XXXXXX专业XXXXXXXXXX题目名称现场总线适配器的设计任务与要求本课题主要现场总线适配器的设计，完成RS232到RS485、RS232到CAN、RS485到CAN等之间的通信适配。要求：1、 了解各种通信协议，设计现场总线适配器方案；2、 根据系统方案，设计电路原理图和pcb；3、 调试电路，确定电路参数；4、 设计相应软件，并进行调试。开始日期20XX年1月15日完成日期2012年5月20日院长（签字）2012年月日注：本任务书一式两份，一份交学院，一份学生自己保存。毕业设计（论文）工作方案学生姓名XXX学号070XXXXX指导教师XXXX职称xx学院XXX专业XXXXXX题目名称现场总线适配器的设计一、毕业设计（论文）进度起止时间工作内容1.153.5检索、阅读相关技术资料3.53.18检索、阅读相关技术资料，方案研究3.18-4.1方案研究、熟悉开发系统硬件电路4.1-4.15设计电路图和PCB设计,软件设计4.154.25电路调试，硬件调试，软件调式4.255.20撰写论文、论文辩论二、主要参考书目（资料）1、蒋建文等，CAN总线通信协议分开和实现，计算机工程，2002年02期2、阳宪惠，现场总线技术及其应用（第2版），清华大学出版社，2008.103、马忠梅等，单片机的C语言应并程序设计，北京航空航天大学出版社，2004年3月4、杨文龙，单片机技术及应用，电子工业出版社，2008年2月5、孙肖子，电子设计指南，高等教育出版社，2006年1月6、郭宽明，CAN总线原理和应用系统设计.北京舫空航天大学出版社，1996三、主要仪器设备及材料硬件电路实验板、集成电路、万用表、示波器、计算机四、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等）检索、阅读资料期间，可以在图书馆、自习教室进行；设计、实验阶段场地在实验室每周老师和每个毕业设计同学至少讨论一次五、对方案的说明注：本方案一式两份，一份交学院，一份学生自己保存（方案书双面打印）毕业设计（论文）中期检查表学院XXXX专业XXXXX学生姓名XXXX学号070XXXXX班级070XXX导师姓名XXXXX职称XXXX单位XXXXX题目名称现场总线适配器的设计检查内容检查结果题目是否更换及更换原因否学生出勤情况出勤正常进度评价（完成总工作量的百分比）60%质量评价、进度描述初步完成硬件及软件调试总体评价（按优、良、中、及格、不及格五挡评价）良存在的问题与建议抓紧时间完成后续问题，写好毕业论文学院审核（盖章）注：此表由指导教师填写，中期检查成绩将作为毕业设计总成绩的一局部；此表装订入毕业设计（论文）中。毕业设计（论文）成绩登记表学院XXXX专业XXXXX姓名XXX学号XXXXXX成绩题目名称现场总线适配器的设计指导教师XXXX职称XXXX指导教师评语及对成绩的评定意见签名年月日评阅人评语及成绩评定意见签名年月日辩论小组意见签名年月日学院辩论委员会意见辩论委员会主任签名（学院盖章）年月日注：学院、专业名均写全称；成绩登记表双面打印摘要现场总线技术以其开放性、互操作性、彻底分散的分布式控制等独有的技术优势和特点，在现代分布式测量和控制技术领域中应用已愈来愈广泛。但目前，在许多现场已投入使用的测量和控制系统中，各仪器设备或装置之间通讯所使用的仍然是传统的RS-232、RS-485等总线。这就需要现场总线与RS232、RS-485等总线通信协议之间的转换。本文提出了一种基于ARMCorteX-M3内核的32位微处理STM32F103,实现最常用的现场总线CAN总线和RS-232、RS-485总线进行协议转换的方案。文中，首先,分析了CAN总线协议技术标准。其次，介绍了微处理器STM32F103,并深入研究了其内置的外设控制器局域网bxCAN和通用同步异步收发器USART的结构和使用。再次，设计了系统的硬件电路，并说明了硬件电路的工作原理。最后，介绍了在RvMDK开发环境下开发系统软件的设计思路。经过最终的测试，整个系统可以很好的实现CAN总线和RS-232、RS485总线之间的协议转换。关键词：现场总线CAN微处理器ARMCortex-M3RS-232RS-485ABSTRACTWithitsuniquetechnicaladvantagesandcharacteristicslikeopenness,interoperability,completedecentralizeddistributedcontrol,theapplicationoffieldbustechnologyhasbecomemorewidelyinthefieldofdistributedmeasurementandcontroltechnology.Atpresent,however,inmanysystemswhatisusedamongvariousequipmentsordevicesinmeasurementandcontrolsceneisstillthetraditionalRS-232busorRS-485bus.ThisrequiresbuscommunicationbetweenprotocolconversionssuchasbetweenfieldbusandRS-232busorRS-485.Inthisarticle,IfirstintroducedthefieldbusCANanditstechnologystandardbasedonthemicroprocessorsSTM32F103,whichismostwidespread.Secondly,IintroducedmicroprocessorsSTM32F103,andfurtherstudiedthestructureanduseofitsperipheralcontrollerareanetworkbxCANanduniversalsynchronousandasynchronousreceivertransmitterUSART.ThenbasedonthemicroprocessorsSTM32F103,thecorrespondinghardwareconnectioncircuitofCANbusandRS-232busisdesigned.Finally,thesoftwarecodeundertheRVMDKdevelopmentenvironmentisdiscussed.Afterthefinaldebugging,thewholesystemachievesgoodconversionbetweenCANbusandRS-232bus.Keywords:thefieldbusCANbusMicroprocessorARMCortex-M3RS-232RS-485第一章绪论11.1 现场总线技术概述11.2 CAN现场总线1CAN总线的特点1CAN总线的应用及前景21.3 本文的主要研究成果3第二章CAN总线技术标准42.1 简介42.2 特性及根本概念42.3 报文传输62.4 报文滤涉及报文校验8报文滤波8报文校验92.5 编码92.6 错误处理及错误界定9第三章系统主控芯片介绍103.IARM简介10常用的ARM处理器系列10ARMCortex系列简介113.2ARMCortex-M3处理器内核概述12ARMCortex-M3结构12Cortex-M3特点123.3STM32F103微处理器概述133.4通用同步异步收发器(USART)15USART特性15波特率的产生15USART中断请求163.5控制器局域网(bxCAN)16bxCAN主要特点16bxCAN工作模式16bxCAN功能描述17标识符过滤18bxCAN中断18第四章系统硬件设计194.1 系统总体结构194.25 TM32F103核心模块194.26 AN总线接口20CAN总线收发器TJA105020接口电路图214.27 S-232接口21RS232C标准21RS-232接口电路224.28 S-485总线接口22RS-485标准22RS-485接口22第五章系统软件设计235.1 软件系统结构235.2 系统初始化程序235.3 报文转换及发送24USART通信协议24报文的发送255.4 报文接收26第六章总结与展望27致谢28参考文献29附录A程序代码30第一章绪论1.1 现场总线技术概述现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向、串行、多节点通讯的数字通信的系统，是一种开放式、数字式、多点通信的底层控制网络。聚集了计算机技术、网络通信技术和自动控制技术的现场总线技术，从20世纪80年代中期开始开展起来。它作为过程自动化、制造自动化、楼宇自动化、交通等领域现场智能设备之间的互联通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化开展的方向，它的出现使传统的模拟仪表逐步向智能化数字仪表方向开展，并具有数字通信功能。现场总线作为全球自动化技术的热点，已经受到全世界的普遍关注。现场总线主要有以下几种类型：基金会现场总线(FF)>1.onWorks>ProfBus>CAN、HART,而其中CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网因为具有高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到关注，现已形成国际标准，被公认为几种最有前途的现场总线之一。1.2 CAN现场总线CAN是控制器局域网ControlAreaNetwork的简称，最初是由德国BOSCH公司为解决汽车监控系统中的诸多复杂技术和难题而设计的数字信号通信协议，它属于总线式串行通信网络。由于采用了许多新技术和独特的设计思想，己同类产品相比，CAN总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点。1.2.1 CAN总线的特点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、实用性和灵活性。其特点可概括如下:(1) CAN为多主工作方式,网络上的任意节点在任意时刻都可以主动地向其它节点发送信息