基于CAN总线的智能照明控制系统硬件设计方案.doc
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1、基于CAN总线的智能照明控制系统硬件设计方案1.1 系统硬件结构系统硬件结构主要包括主节点硬件电路结构和从节点硬件电路结构以及继电器模块等。主节点由LPC2119ARM7处理器、TFT彩色触摸屏、串口、SD卡、CAN总线驱动电路、蜂鸣器、JTAG接口、独立式键盘、电源电路等模块组成。主节点硬件结构图如图1.1所示。图1.1 主节点硬件结构从节点由STC89C52单片机、LCM1602液晶模块、串口、独立式键盘、SJA1000CAN控制器电路、CAN总线驱动电路、继电器控制电路等模块组成。从节点硬件结构图如图1.1所示。图1.2 从节点硬件结构1.2 系统单元电路设计1.2.1 主节点单元电路设
2、计1.2.1.1 ARM7最小系统设计LPC2119最小系统电路主要由LPC2119ARM7处理器、时钟振荡电路、复位电路组成。时钟振荡电路采用内给定方式,外接11.0592MHZ晶振与两个22pF的起振电容,外接晶振与处理器内部的反相器构成振荡电路产生振荡时钟,经PLL锁相环锁相倍频(或旁路PLL)后为CPU提供工作时钟。复位电路采用阻容式复位电路,由于LPC2119微处理器的有效复位信号为低电平,故电容与地连接,电容另一端与复位端口相连,以保证复位端口为高电平,以处在正常工作模式。LPC2119最小系统电路原理图如图1.3所示。图1.3 LPC2119最小系统电路原理图1.2.1.2 TF
3、T彩屏电路设计TFT彩屏电路包括彩屏模块电路(可移动部分)和控制器与彩屏模块之间的接口电路。其中,彩屏模块电路主要由TFT液晶电路、触摸屏电路、背光灯电路组成。触摸屏采用4线电阻式触摸屏,触摸屏控制器采用的是具有12位A/D转换精度的XPT2046芯片。TFT液晶模块电路原理图如图1.4所示图1.4 TFT液晶模块电路原理图TFT液晶模块接口电路原理图是处理器与TFT液晶模块接口之间的部分电路。其主要由34Pin双列直插插座和少量电阻电容组成,用于为TFT液晶模块提供一个插接接口,以使TFT液晶模块与处理器相连。TFT液晶模块接口电路原理图如图1.5所示。图1.5 TFT液晶模块接口电路原理图
4、1.2.1.3 SD卡接口电路设计SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡,是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备,它被广泛地于便携式装置上使用,例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡,重量只有2克,但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。SD卡具有两种操作模式,分别为SD模式和SPI模式。在这里由于LPC2119处理器没有SD卡接口且SD模式较为复杂,故采用SPI接口模式操作SD卡。当SD卡刚刚连接
5、时,默认工作方式是SD模式,可以先通过SD指令切换至SPI模式。然后再利用SPI总线的操作方法读写SD卡。SD卡的管脚CD(CS)、CMD(MOSI)、DATA0(MISO)、CLK(SCLK)分别于处理器LPC2119的P0.4、P1.17、P1.19、P1.17相连。利用IO口模拟SPI总线操作,读写SD卡数据。SD卡接口电路原理图如图1.6所示。图1.6 SD卡接口电路原理图1.2.1.4 CAN总线电路设计CAN总线电路主要包括CAN控制器部分和CAN总线驱动部分。其中CAN控制器部分主要集成在LPC2119ARM处理器内部,在这里不做它的硬件介绍。在这里主要详细介绍CAN总线驱动电路
6、。在本设计中采用由NXP公司生产的应用最为广泛的CAN总线收发器PCA82C250,它主要应用于汽车中高速领域,支持ISO-11898标准。PCA82C250是CAN控制器和物理总线间的接口,它提供对总线的差动发送与接收能力,增大通信距离,提高系统瞬间抗干扰能力,保护总线,降低射频干扰等。其内部具有限流电路,可防止发送输出级对电源、地或负载短路。虽然短路出现时的功耗增加,但不至使输出级损坏。若结温超过大约160,则两个发送器输出端极限电流将减少,由于发送器是功耗的主要部分,因而限制了芯片的温升。器件的所有其他部分将继续工作。PCA82C250采用双线差分驱动,有助于抑制在恶劣电气环境下的瞬变干
7、扰。PCA82C250具有以下特性:符合ISO-11898标准。高速率(最高可达1Mbps);保护总线能力,具有抗汽车环境下的瞬间干扰;采用斜率控制(Slope Control),降低射频干扰(RFI);差分接收器,抗宽范围的共模干扰,抗电磁干扰(EMI);过热保护;总线与电源及地之间的短路保护;低电流待机模式。未上电节点对总线无影响;总线至少可以连接110个节点。PCA82C250管脚图如图1.7所示,管脚功能描述如表1.1所示。表1.1 PCA82C250管脚符号管脚功能描述TXD1发送数据输入GND2地VCC3电源电压RXD4接收数据输出Vref5参考电压输出CANH6低电平CAN电压输
8、入/输出CANL7高电平CAN电压输入/输出Rs8斜率电阻输入 图1.7 PCA82C250管脚图CAN总线驱动电路主要由CAN总线收发器PCA82C250、收发指示电路、终端电阻等部分组成。P3跳线短接时在CAN_H与CAN_L之间接入了120欧终端电阻,可以由用户选择是否接入终端电阻。P4为CAN总线接口,连接外部总线。发光二极管D7、D8用于指示CAN总线收发,R15为斜率电阻,可以通过改变R15的阻值来改变发送器晶体管的上升和下降斜率,以降低射频RFI干扰。CAN总线驱动电路如图1.8所示图1.8 CAN总线驱动电路1.2.1.5 蜂鸣器及ISP下载选择电路设计蜂鸣器电路由S8550三
9、极管、蜂鸣器、电阻组成。三极管主要是用作电子开关,用于控制蜂鸣器是否有电流流过。S8550三极管(PNP)基极通过一个2K的限流电阻连接到LPC2119处理器的P0.2口。当处理器P0.2输出低电平时,三极管导通,电流从蜂鸣器1管脚流过蜂鸣器,再从三极管发射极流到集电极(地),因此蜂鸣器蜂鸣。当处理器P0.2口输出高电平时,三极管截止,蜂鸣器无电流流过,停止蜂鸣。蜂鸣驱动电路如图1.9所示。另外,LPC2119有三种编程方式:使用JATG仿真/调试器,通过JATG接口下载程序。使用系统编程技术(即ISP),通过UART0接口下载程序。使用在应用编程技术(即IAP),使用这种方式,可以实现用户程
10、序运行时对Flash进行擦除或编程。在本设计中采用系统编程技术(即ISP)。在系统刚上电时,系统会首先检查处理器P0.14管脚是否为低电平,若是则进入ISP编程模式,开始下载程序。若不是则程序开始从0000H地址开始执行。因此设计一个跳线帽JP1供用户下载程序使用。ISP下载模式选择电路如图1.10所示。 图1.9 蜂鸣器驱动电路 图1.10 ISP下载模式选择电路1.2.1.6 键盘电路设计在本设计中采用独立键盘,独立式键盘无论是在硬件还是软件的设计上都是相对简单的。由于本设计要求的按键数量不多,采用独立式键盘较为合理。该键盘电路较为简单,主要由按键和上拉电阻组成。在按键尚未按下的情况下,处
11、理器检测到其输入的是高电平,当按键按下后,输入为低电平,处理器就是通过检测其输入的是高电平还是低电平来判断按键是否按下的。当然,在程序中还要进行消抖、识键、译键等操作。键盘电路原理图如图1.11所示。图1.11 键盘电路原理图1.2.1.7 电源电路设计在本系统中由于需要使用到+5V、+1.3V、+1.8V电源,故在此设计中包括三个电源模块,另外再增加一个电源指示部分。首先,将外部电源适配器输出的直流9V电压经过开关S1和二极管D1输入系统,通过稳压器LM7805稳压成+5V直流电。再将+5V直流源分别输入到稳压器AMS1117-1.3和AMS1117-1.8分别稳压输出+1.3V和+1.8V
12、电源为处理器等供电。其中,二极管D1用于防止电源反接损坏系统,发光二极管D2用于供电指示。系统电源电路原理图如图1.12所示。图1.12 电源电路原理图1.2.1.8 串口通信电路设计串口通信电路主要采用由SIPEX公司生产的SP3232EEA芯片和少量的电容构成,主要是用于程序的烧写以及在开发程序中用于程序的调试。SP3232EEA用于实现TTL电平与RS232电平的转换,只要在它的外部接上几个简单的电容就够成了通信电路。串口通信电路原理图如图1.13所示。图1.13 串口通信电路原理图1.2.2 从节点单元电路设计1.2.2.1 单片机最小系统设计从节点主控制器采用的是STC89C52 单
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