chuẩn giao tiếp CAN và ứng dụng giao tiếp gồm 5 thiết bị

Bài tập lớn giao tiếp máy tính

Mục lục:

I.

Tìm hiểu đề tài.
1. L ch s v CAN (Controller Area Network)
Bosch l n u phát tri n Controller Area Network (CAN) vào n m 1985 cho
m ng bên trong xe. Trong quá kh , các nhà s n xu t ô tô k t n i các thi t b i n t
trong xe s d ng h th ng dây point-to-point. Các nhà s n xu t ã b t u s d ng
ngày càng nhi u thi t b i n t trong xe, mà k t qu dây c ng k nh, n ng n và t n
kém. Sau ó , h thay th h th ng dây i n chuyên d ng v i các m ng trong xe, trong
ó gi m chi phí h th ng dây i n, ph c t p, và tr ng l ng. CAN, m t h th ng bus
n i ti p có tính toàn v n cao cho thi t b m ng thông minh, n i lên nh m t tiêu chu n
m ng trong xe. Ngành công nghi p ô tô phát tri n m t cách nhanh chóng thông qua
CAN và vào n m 1993, nó ã tr thành tiêu chu n qu c t ISO 11898. T n m 1994,
m t s các giao th c c p cao h n ã
c chu n hóa v CAN, nh CANopen và
DeviceNet. Các th tr ng khác ã áp d ng r ng rãi các giao th c b sung, mà bây gi
là tiêu chu n cho truy n thông công nghi p. Bài này t p trung vào CAN nh m t m ng
l i trong xe.
2.
u i m c a CAN
• Chi phí th p:
CAN cung c p m t m ng l i b n, r ti n giúp nhi u thi t b CAN giao ti p v i nhau.
M t l i th là các n v i u khi n i n t (ECU) có th có m t giao di n CAN n
ch không ph i là nh ng ngõ vào analog và digital t i m i thi t b trong h th ng.
i u này làm gi m chi phí t ng th và cân n ng trong xe ô tô.
• Truy n thông phát sóng:
M i thi t b trong m ng l i có m t chip i u khi n CAN và ó là s thông minh. T t

c các thi t b trong m ng l i u xem
c t t c các messages truy n i . M i thi t
b có th quy t nh xem m t messages có liên quan không, hay nó nên
c l c i.
C u trúc này cho phép s a i i v i các m ng CAN v i tác n g t i thi u. Các
nodes có th
c thêm vào mà không s a i t i m ng.
• S u tiên:
M i messages có u tiên, do ó , n u hai nodes c g ng g i messages cùng m t lúc, thì
node nào có u tiên cao h n s
c truy n và node nào có u tiên th p h n s b hoãn
l i. i u này s không làm phá h y ho c làm gián o n quá trình truy n t i message
có u tiên cao nh t.
• Kh n ng l i:
Các c i m k thu t CAN bao g m m t Cyclic Redundancy Code (CRC)
th c
hi n ki m tra l i trong n i dung c a m i frame. Các frames có l i
c b qua b i t t
c các nodes, và m t frame l i có th
c truy n
báo hi u l i t i m ng. L i toàn
c c và c c b
c phân bi t b i b i u khi n, và n u có quá nhi u l i
c phát
hi n, các node riêng l có th ng ng phát l i ho c t ng t k t n i v i m ng hoàn toàn.
GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

Hình 1. M ng CAN gi m á ng k h th ng dây i n.
3.

n g d n g c a CAN
CAN l n u tiên
c t o ra
s d ng trong ô tô, vì v y n g d ng ph bi n
nh t là m ng i n t trong xe. Tuy nhiên, nh ng ngành công nghi p khác ã nh n th y
s tin c y và l i th c a CAN trong vòng 20 n m qua, h ã m ra m t lo t các n g
d ng.. B n có th tìm th y CAN v i nh ng c p
khác nhau c a nhi u m ng trong
nh ng chi c xe - ví d , trong vi c k t n i các n v c a ho c b i u khi n phanh,
n v m hành khách, và nhi u h n n a… CAN c ng có n g d ng trong máy bay
v i c m bi n flight-state, h th ng nh v , và máy tính nghiên c u trong bu ng lái.
Ngoài ra, b n có th tìm th y CAN bus trong nhi u n g d ng hàng không v tr , khác
nhau t vi c phân tích d li u bay cho t i h th ng i u khi n n g c máy bay nh h
th ng nhiên li u, máy b m, thi t b truy n n g tuy n tính.
Các nhà s n xu t thi t b y t s d ng CAN nh m t m ng nhúng trong các thi t b y
t . Trong th c t , m t s b nh vi n s d ng CAN
qu n lý hoàn toàn phòng i u
hành. B nh vi n ki m soát các thi t b trong phòng i u hành nh è n, bàn, cameras,
máy X-ray, và gi ng b nh v i h th ng CAN-based. Thang máy và thang cu n c ng
s d ng m ng CAN, và b nh vi n s d ng các giao th c CANopen liên k t các thi t
b nâng, thi t bi d ng t m, b i u khi n, c a ra vào, và các thi t b c n ánh sáng, v i
nhau và ki m soát chúng. CANopen c ng
c s d ng trong các n g d ng phi công
nghi p nh thi t b phòng thí nghi m, máy n h th thao, kính thiên v n, c a t
n g,
và th m chí c máy cà phê.

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính
4.

S

m c h giao ti p 5 thi t b s

d n g chu n truy n CAN

II. Giới thiệu về các linh kiện sử dụng trong mạch
1.

Led

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

Viết tắt của cụm từ Light Emitting Diode, tạm dịch là Điốt phát quang. Là các điốt
có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt,
LED được cấu tạo từ một bán dẫn loại P ghép với một bán dẫn loại N. Đèn
LED được coi là loại đèn tiết kiệm điện năng nhất, tạo ra hiệu suất ánh sáng tốt nhất
, tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng thông thường.

2. LCD
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất

nhiều các ứng dụng của vi điều khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển
thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ
dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau.

Chân

Ký hiệu

Mô tả

1

Vss

2

VDD

Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC=5V của mạch điều khiển

3

Vee

Điều chỉnh độ tương phản của LCD.

4

RS

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

“0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của
LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của
LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên
trong LCD.

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

5

R/W

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic
“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để
LCD ở chế độ đọc.

6

E

Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép
của chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp
nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-tolow transition) của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi
phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được
LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
a

7-14

DB0DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU.
Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit
MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới
DB7, bit MSB là DB7

15

A

Nguồn dương cho đèn nền

16

K

GND cho đèn nền

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính
3.

MCP 2551

Chân

Ký hiệu

Chức năng

1

TXD

Truyền tín hiệu Input

2

Vss

Ground

3

VDD

Nguồn dương

4

RXD

Nhận tín hiệu Output

5

Rs

Lựa chọn High-Speed, Slope-Control, Standby modes

6

CANH

CAN mức thấp

7

CANL

CAN mức cao

8

VREF

Điện áp tham chiếu

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính
4.

MCP 2515

Chân Ký hiệu

Mô tả

1

TXCAN

Chân truyền tín hiệu

2

RXCAN

Chân nhận tín hiệu

III. Thiết kế mạch
1. Sơ đồ nguyên lí
2. Sơ đồ mạch CAN

Để thuận tiện cho việc mở rộng modul CAN trong thực tế, nhóm đã thiết kế mạch Can
bao gồm 1 MCP 2551 giao tiếp với MCP2515 như trong sơ đồ
Trong đó:
- MCP 2515 là CAN controller
- MCP 2551 là CAN tranceiver
GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính
Bus của CAN sẽ được đưa ra 2 header 4x4, chúng sẽ được nối với những mạch CAN
khác. Header 8 dùng để giao tiếp với vi điều khiển thông qua chuẩn truyền SPI

3. Sơ đồ mạch Master

Mạch Master bao gồm 1 LCD 16x2, 1 vi điều khiển PIC 16f877a và 5 nút nhấn trong
đó:
-

SW1: Điều khiển động cơ.
SW2: Điều khiển LED_GREEN
SW3: Điều khiển LED_YELLOW
SW4: Truyền về máy tính.

SW5: Dừng tất cả.
LCD: Hiện trạng thái slave đang hoạt động.

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính
-

Header 8 kết nối mạch CAN

4. Sơ đồ mạch slave 1

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

Slave 1 nhận tốc độ từ Master khi nhấn SW1 và điều khiền động cơ DC, tốc độ
sẽ được hiển thị lên LCD và gửi cho Slave 4

5. Sơ đồ mạch slave 2

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

Slave 2 nhận lệnh từ master khi nhấn SW2 và làm sáng đèn Led

6. Sơ đồ mạch slave 3

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

Slave 3 nhận lệnh từ master khi nhấn SW3 và làm sáng đèn Led

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính

7. Sơ đồ mạch slave 4

Slave 4 nhận lệnh từ master khi nhấn SW4 hiển thị tốc độ động cơ của slave 1
lên lcd và truyền lên máy tính bằng chuẩn truyền RS232

8. Sơ đồ Mạch Can kết nối với vi điều khiển

GVHD: Thầy Võ Tường Quân


Bài tập lớn giao tiếp máy tính
Kết nối Master với mạch CAN

LCD thể hiện trạng thái trả về máy tính.
IV.

Kết luận

GVHD: Thầy Võ Tường Quân