基于nmea2000的罗经复示器设计毕业论文(编辑修改稿)

基于nmea2000的罗经复示器设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

方便。 在本次设计中， 总体设计 如下图： 图 总体设计图 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 5 本章小结 本章对 CAN 总线进行了简单的介绍，同时抛出了本次设计的总体思想，对以后的设计具有指导意义。 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 6 第 3 章 单片机最小系统 部分 最小系统介绍 单片机最小系统就是能使单片机工作的最少的器件构成的系统。 最小系统虽然简单，但是却是大多数控制系统所必不可少的关键部分。 对于 MCS51 单片机，其内部已经包含了一定数量的程序存储器和数据存储器，在外部只要增加时钟电路和复位电路即可构成单片机最小系统。 下面对 51 单片机最小系统需要的时钟电路和复位电路做一下 详细的说明。 时钟电路 单片机系统中的各个部分是在一个统一的时钟脉冲控制下有序地进行工作，时钟电路是单片机系统最基本、最重要的电路。 MCS51 单片机内部有一个高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端，如果引脚 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接上晶体振荡器（晶振）或陶瓷振荡器就构成了稳定的自激振荡电路，该振荡电路的输出可直接送入内部时序电路。 MCS51 单片机的时钟可由两种方式产生，即内部时钟方式和外部时钟方式。 实际应用中，并不是对 51 单片机外接晶振、电容和电阻 等元件，而是使用集成元件与 MCU 进行连接，既节约空间又增加了电路的可靠性。 本次设计中，使用可靠性高、使用范围广、易于在公开市场上采购到的 X5045 集成元件。 X5045 元件介绍 X5045P 把四种常用的功能：上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁（ Block Lock TM ）保护的串行 EEPROM 存储器组成在一个封装之内。 这种组合降低了系统成本、减少了电路板空间和增加了可靠性。 其引脚及其功能如下： CS/WDI：片选输入 /看门狗复位输入； SO：串行输出； WP：写保护输入； Vss： 地； Vcc：电源； RESET：复位输出； SCK：同步时钟输入； 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 7 SI：串行输入。 X5045P 芯片功能包括以下 4 种： （ 1）上电复位控制。 在对 X5045P 通电时， ERSET 引脚输出有效的复位信号，并保持至少 200ms，使 CPU 有效复位。 （ 2）电源电压监控。 当检测到电源电压低于内部门槛电压 VTRIP 时， RESET 输出复位信号，直至电源电压高于 VTRIP并保持至少 200ms，复位信号才被撤消。 VTRIP的出厂值根据芯片型号不同共有 5 个级别的电压范围。 对于需要电源电压精确监控的应用，用户可以搭建 编程电路，对芯片内 VTRIP 电压进行微调。 （ 3）看门狗定时器。 芯片内部状态寄存器的 WD WD0 是看门狗定时设置位，通过状态寄存器写指令 WRSR 修改这 2 个标志位，就能在 3 种定时间隔中进行选择或关闭定时器。 对看门狗的复位由 CS 输入电平的下降沿完成。 （ 4）串行 E2PROM。 芯片内含 512 字节存储单元， 10 万次可靠写，数据保持时间 100 年。 XICOR 设计了 3 种保护方式防止误写。 包括： WP 写保护引脚，当引脚被拉低时，内部存储单元状态寄存器都禁止写入；存储区域写保护模式，通过对状态寄存器的 BL BL0 位的设置 ，可以选择对不同的存储区域进行写保护；在进行任何写操作前都必须打开写使能开关，而且在上电初始化写操作完成时，写使能开关自动关闭。 显然，在几方面的保护之下，产生误写的可能性极小。 对 X5045P 的操作是通过 4 根口线 CS、 SCK、 SI 和 SO 进行同步串行通信来完成的。 SCK 是外部输入的同步时钟信号。 在对芯片定改指令或数据时，时钟前沿将SI 引脚信号输入；在读邮数据时，时钟后沿将数据位输出到 SO 引脚上。 数据的输入/输出都是高位在先。 电路设计 X5045P 在本设计中做为复位、监控电路使用，简化了电路的连接，同时 增加了电路的可靠性，是系统中不可缺少的部分。 对 X5045 的操作是通过 4 根口线 CS、 SCK、 SI 和 SO 进行同步串行通信来完成的。 SCK 是外部输入的同步时钟信号。 在对芯片定改指令或数据时，时钟前沿将 SI引脚信号输入；在读数据时，时钟后沿将数据位输出到 SO 引脚上。 数据的输入 /输出都是高位在先。 在设计中， /CS 脚和单片机 、 SI、 SCK、 SO、 /WP、 RST 分别与单片机的引脚 、 、 、 和 RST 连接。 对于不用到的引脚，可以直接和地相连。 电路设计如下： 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 8 图 单片机最小系统电路 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 10 本章小结 本章介绍了单片机最小系统，用于监测系统是否工作于正常状态，及时对运行出错的状态进行 复位，保证系统平稳有序地工作。 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 11 第 4 章 显示部分 ZLG7290 ZLG7290 是一种 I2C 接口键盘及 LED 驱动管理器件，提 供数据译码和循环、移位、段寻址等控制。 它可采样 64 个按键或传感器，单片即可完成 LED 显示、键盘接口的全部功能。 ZLG7290 的从地址为 70H，器件内部通过 I2C 总线访问的寄存器地址范围为 00H~17H，每个寄存器都可按字节直接读写，并支持自动增址功能和地址翻转功能 [7]。 其特点如下： I2C 串行接口提供键盘中断信号方便与处理器接口 可驱动 8 位共阴数码管或 64 只独立 LED 和 64 个按键 可控扫描位数 可控任一个数码管闪烁 提供数据译码和循环 移位段寻址等控制 每个功能键可检测任一键的 连击次数 无需外接元件即直接驱 LED 可扩展驱动电流和驱动电压 提供工业级器件 多种封装形式 PDIP24 SO24 显示电路 ZLG7290 提供两种控制方式。 寄存器映象控制和命令解释控制。 寄存器映象控制是指直接访问底层寄存器，除通信缓冲区外的寄存器实现基本控制功能，请参考寄存器详解部分命令解释控制是指通过解释命令缓冲区 CmdBuf0 CmdBuf1 中的指令间接访问底层寄存器实现扩展控制功能如实现寄存器的位操作对显示缓存循环移位对操作数译码等操作。 ZLG7290 集成了 LED 显示驱动和矩阵键盘 的按键功能，可以同时驱动 8 个 LED 和 64 个矩阵按键，采用总线方式连接键盘和 4LED 封装器件，ZLG7290 的 SDA、 SCL、 /INT 和 /RES 分别接单片机的 、 、 和。 电路设计如下： 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 11 图 显 示电路 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 12 图 四位一体数码管电路部分 本章小结 本章对显示部分的电路进行了设计，使用了 ZLG7290 对四位一体数码管进行显示控制，减轻了单片机的负担。 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 13 第 5 章 控制电路 部分 SJA1000 SJA1000 是一 种独立控制器，用于移动目标和一般工业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）。 特点 . 和 PCA82C200 独立 CAN 控制器引脚兼容 . 和 PCA82C200 独立 CAN 控制器电气兼容 . PCA82C200 模式（即默认的 BasicCAN 模式） . 扩展的接收缓冲器（ 64 字节、先进先出 FIFO） . 和 协议兼容（ PCA82C200 模式中的无源扩展 帧） . 同时支持 11 位和 29 位识别码 . 位速率可达 1Mbits/s . PeliCAN 模式扩展功能： . 可读 /写访问的错误计数器 . 可编程的错误报警限制 . 最近一次错误代码寄存器 . 对每一个 CAN 总线错误的中断 . 具体控制位控制的仲裁丢失中断 . 单次发送（无重发） . 只听模式（无确认、无活动的出错标志） . 支持热插拔（软件位速率检测） . 验收滤波器扩展（ 4 字节代码， 4 字节屏蔽） . 自身信息接收（自接收请求） . 24MHz 时钟频率 . 对不同微处理器的接口 . 可编程的 CAN 输出驱动器配置 控制电路 设计 SJA1000 是 PHILIP 公司生产的独立 CAN 控制器，是用于实现 CAN 信号对数字信号转换、 CAN 信号的收发、 CAN 信号的接收、校验和重发等功能的控制器件。 同时还提供了通讯接口用于和微机芯片进行通信，通过串行通信实现 CAN 信号的微机基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 14 处理程序 [8]。 SJA1000 的调用是通过微机访问其内部寄存器，操作寄存器标志位实现的。 SJA1000 的 AD0~AD ALE、 /CS、 /RD、 /WR、 MODE、 /INT、 /RST 分别接单片机的 PO 口、 /ALE、 、 、 、 、 和。 SJA1000 与微机的电路图如下所示： 图 四位一体数码管电路部分 本章小结 本章介绍 CAN 控制电路，这部分是 CAN 通信的核心部分，是本次设计的重点所在，对本次设计的成败与否起到关键作用。 基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 15 第 6 章 收发 部分 82C250 82C250 是 CAN 协议控制器和物理总线的接口，这个器件对总线提供不同的发送能力和对 CAN 控制器提供不同的接收能力。 它主要用于汽车里的高速应用 (高达1Mbaud)。 这个器件对总线提供不同的发送能力和对 CAN 控制器提供不同的接收能力，完全和 ISO11898 标准兼容。 限定的电流值保护接收器输出级，避免阳极和阴极的短路，尽管在默认的条件下功率消耗是增加的，这个特征值将防止发送器输出级的毁坏。 如果节点温度超过大约 160 摄氏度，发送器限定的电流值输出被降低。 因为发送器占去大部分的功率消耗，这将导致降额功耗和较低的片内温度。 IC 中的其它部分在使用中将保持不变，当总线短路的时候，热保护非常需要这个。 CANH和 CANL 线也被保护，防止在自动运作过程中电流的瞬变。 三种操作模式 高速模式 在这个模式中，适合执行最大的位速率和最大的总线长度高速模式，通常用于普通的工业应用。 譬如基于 CAN 的系统 DeviceNetTM 这种模式的总线输出信号。 用尽可能快的速度切换，因此，一般使用屏蔽的总线电缆来防止可能的扰动。 例如汽车无线电装置对总线信号的扰动。 高速模式通过 VRsVcc 来选择将 Rs 控制输入直接连接到微控制器的输出口或者地电平或者一个高电平有效的复位信号。 高速模式中收发器有效的循环延迟时间可以低至最大 145ns。 当 Tamb85 时是 155ns。 斜率控制模式 在一些应用中，由于考虑到系统的成本等问题，而使用非屏蔽的总线电缆。 然而使用非屏蔽电缆意味着收发器要满足额外的要求，譬如电磁兼容性 EMC 问题。 如果使用非屏蔽总线电缆 PCA82C250/251 的总线，信号转换速度应被特意降低。 转换速度可以通过连接在控制引脚 Rs 上的串连阻抗值 Rext 来调整。 根据 CAN 的位定时要求转 换速度下降，将增加总线节点的循环延迟。 因此在给定的位速率下，总线长度减少或者说在给定的总线长度下位速率降低，斜率控制模式中总线输出的转换速度大致和流出引脚 Rs 的电流成比例。 如果斜率控制电阻 Rext 连接到地则 的值是 0V。 准备模式 这个模式是在需要将功率消耗，譬如是暂时性的减到最低时使用。 当 VRs Vcc 时进入准备模式。 系统的功耗在准备模式可被彻底减低。 这个模式基本上用于电池供电的应用。 例如汽车停车的时候要进入准备模式，收发器的控制输入 Rs 上要基于 NMEA2020 的罗经复示器设计 16 加一个逻辑高电平，这可以通过直接将一个 输出端口引脚连接到 Rs 或通过任何合适的斜率控制电阻 Rext 来实现。 准备模式中发送器的功能和接收器的输入偏置网络都关断以减少功率消耗。 参考电压输出和基本的接收器功能仍然活动，但以非常低的功耗工作。 如果在总线上传输一个报文，系统可被重新激活，在检测到 3μs 长的显性总线电平后，收发器将通过 RxD 向协议控制器输出一个唤醒中断信号，在检测到RxD 的下降沿后控制器把 Rs 引脚置为逻辑低电平。 这样收发器就可以切换到普通传输模式。 由于在准备模式中工作速度缓慢，收发器要回到普通接收速度，则需要取决于逻辑的延迟时间 Rs 的下降 沿。 在总线速度很高的情况下，收发器在准备模式，例如因为 Rs 引脚仍然为高，不可能正确地接收报文。 另外一个应用是将 Rs 输入连接到一个高电平有效的复位信号。 收发电路。