本科生课程设计（论文）
第3章 硬件设计
3.1 单片机最小系统
单片机最小系统由单片机AT89S52、时钟电路和复位电路构成。单片机的P0口与A/D转换器、LCD1602显示器和SJA1000控制器的地址/数据口相连，P2口作为转换器和CAN控制器的片选控制端口，P1口作为键盘输入和显示控制端口，计数器T0口记录来自湿度传感器的脉冲信号，外部中断INT0接收CAN控制器的中断信号。单片机最小系统电路如图3.1所示。
图3.1 单片机最小系统电路
3.2 温度检测电路
本设计选用LM35为温度传感器，LM35温度传感器输出电压与摄氏温标的线性度好，而且输出模拟量信号适合远距离传输，LM35输出与温度值对应的电压信号经放大10倍后变为标准信号送往A/D转换电路，温度检测电路如图3.2
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所示。
图3.2 温度检测电路
VinL7805Vout33.3 A/D转换电路
VCC21C13C14Vin+V43GNDB0505SOVR220.1uF2200uFVCC1GNDLM35输出的电压信号要转换为对应的数字信号才可被单片机接收，本设计24035uF4R2TRIGC152选取ADC0809作为A/D转换器即可满足要求，由于ADC0809的时钟信号为500KHZ，故将单片机的ALE端接四分频器后给转换器作为时钟。A/D转换电路如图3.3所示。
LCD16025CVoltALE5678910111213141516
66R6U2AAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7P27P20P21P22P23212019188151417725242322961026272812345LM35VCCIN909K5DCLKEND0D1D2D3D4D5D6D7+BLBL-3ENAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7SR4VCCmsb2-12-22-32-42-52-62-7lsb2-8EOCADD-AADD-BADD-CALEENABLESTARTCLOCKADC0809IN-0IN-1IN-2IN-3IN-4IN-5IN-6IN-7Q1532QU3ADCLKSR4P27P23ref(-)ref(+)1612VCCVCC1Vout212CLKGNDR8QQ图3.3 A/D转换电路
AD7AD6ALEP26RDWR123456791017AD6AD7ALECSRDSJA1000WRCLOCKOUTXTAL1XTAL2RSTAD5AD4AD3AD2AD1AD0TX0TX1RX0RX128272625242313141920AD5AD4AD3AD2AD1AD0R8VCCVCC17
R73906N13732INVDDVCCENOUTGND8765R12390C5100nF3903
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3.4 湿度传感器电路
本设计的湿度检测电路由555多谐振荡器来实现，HS1101作为电容变量接在555芯片的2、5脚之间，引脚7用作电阻R2的短路，等量电容HS1101通过R3、R4充电到门限电压（约0.67V），通过R5放电到触发电平，然后R4通过7短路到地，传感器由不同的电阻R3、R4充放电，进行工作循环,形成方波。其周期计算如下：
T充电=C*（R3+R4）*ln2； T放电=C*R4*In2；
由此可知输出方波频率为f =1/（T充电+ T放电）=1/[C*（R3+2R4）*ln2]； HS1101传感器的电容值与温室湿度成线性关系，可见空气湿度通过555测量振荡电路后，就转变为与之呈反比例的频率信号，后将频率信号送单片机的计数器即可计算出湿度值。湿度检测电路如图3.4所示。
RVCC8+5R449.9K3R3576K6R51K7T0
IN-0IN-1IN-2IN-3ADC0809IN-4IN-5IN-6IN-7262728123454Q5552TRIGGNDDIS5CVoltTHR1R6IN909KHS1101sb2-1-2-3-4-5-6-7b2-8
图3.4 湿度检测电路
VCCOCDD-ADD-BDD-CLM35VCC4LEref(-)ref(+)1613.5 键盘电路
+12VNABLETARTLOCK本设计的键盘功能较少，可以选用3R18×2矩阵键盘，键盘用来设定温湿度的上23VoutGNDU1A500K下限值和控制通信，键盘电路如下图3.5所示。 12VCC12LM32411IN
3R171K
R1610K8
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图3.5 键盘电路
3.6 显示电路
由于智能节点的需要实时显示室内的温湿度值和报警信息，数据较为复杂，故选择LCD1602液晶显示器，可以显示16×2 个字符，具有显示质量高、数字式接口 、体积小、重量轻 、功耗低等优点，可以满足设计的要求。显示电路如下图3.6所示。
图3.6 显示电路
3.7 CAN接口电路
CAN接口电路主要由CAN控制器SJA1000、光电耦合器6N137和CAN驱动器PCA82C250构成。CAN总线控制器的地址/数据复用总线与单片机的P0口相连，并将中断输出到单片机中端口，总线控制器串行数据输出线(TX)和串行数
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据输入线(RX)分别经光电耦合电路连接至总线驱动器82C250，总线驱动器通过有差分发送和接收功能的两个总线端CANH和CANL连接至CAN总线电缆。
CAN总线链路层的规定主要由CAN总线控制器实现，物理层的规范主要由CAN总线驱动起来实现，光电耦合电路主要实现网络和信息采集电路的电气隔离，保障总线网络的正常运行。节点通过单片机编程控制CAN总线控制器来实现CAN总线节点间的通信CAN控制器。
3.7.1 总线控制器
CAN总线控制器提供了与单片机控制器的数据线路接口，单片机通过对控制器编程设置其工作模式，控制其工作状态，启动CAN报文的发送并对反馈报文
U?A接收予以相应，即CAN总线控制器实现了CAN协议中最复杂的数据链路功能。
8本设计的总线控制器选用SJA1000，SJA1000的引脚图如下图3.7所示。
3212U?A381CA082T
312CA082T4
CA082TU?A1234567910171682115AD6AD5AD7AD4ALEAD3CSAD2SJA1000RDAD1WRAD0CLOCKOUTTX0XTAL1TX1XTAL2RX0RSTRX1INTVDD1VSS1VDD2VSS2MODEVSS3VDD32827262524231314192022181112848U?A31图3.7 SJA1000的引脚图
2CA082T4SJAl000是适用于汽车和一般工业环境的独立CAN控制器。它是PCA82C200CAN控制器的替代品，而且增加了新的工作模式（PeliCAN），这种模式支持具有新特点的CAN2.0B协议。SJA1000CAN总线控制器的性能如下：
●标准结构和扩展结构信息的接收和发送； ●有标准的接收缓冲器64字节，先进先出(FIFO)； ●支持CAN2．0A和CAN2．0B协议； ●通信位速率可达1Mbps； ●支持11位和29位标识码；
●在PeliCAN模式下，SJAl000具有以下新增特性： 接收和发送标准和扩展格式报文； 达64字节的接收FIFO；
对于标准和扩展帧都有单／双接收过滤器，接收过滤器包括屏蔽码和接收码
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