1双CAN监控系统硬件设计

伺服驱动器的双CAN监控系统硬件组成以STM32F407为主要控制芯片，并以TJA1030为 CAN总线的收发模块，完成对 CAN控制器 TTL电平到差分电平的变换；利用USB接口，实现CAN总线电平到 CAN总线差分电平的变换。设置5个键，修改参数序列和参数数据，并保存一个用于存储参数，5个键与STM32F407直接通过通用的IO接口连接。8段数码管分别由8路74LS595来驱动，而74LS595则可以极大地节约STM32F407的 IO端口，它能把串行数据转换成平行数据，而STM32F407只用3个引脚就能控制5个数字管；五键联动，实现了对参数的设定与显示，即使在没有PC机的情况下，也能使使用者更容易地进行监测，从而极大地增强了监测的范围与可靠性。为了对硬盘进行断电保护，设置了内存芯片AT24C02。在STM32F407和AT24C02的通讯中，利用IIC实现了两条信号线管脚 CLK与 DA线的通讯。

2双CAN监控系统软件设计

伺服驱动器的双CAN监控系统软件模块包括：双CAN通讯模块、驱动参数存储模块AT24C02、按键模块和显示模块

2.1系统初始化

系统的初始化，主要是时钟的初始化，时钟的配置和频率的分配。对CAN进行初始化，主要包括两个CAN管脚的初始化，DMA缓存的组态，CAN通讯的中断组态，以及时钟与波特率的组态。对AT24C02进行初始化处理，其核心是对管脚进行初始化。按键引脚的初始化主要是将引脚设定成输入类型，数字管相关的3引脚的初始化则是将3个引脚设置成输出类型。参数初始化主要包括开机时的用户参数及工厂参数的读取。

2.2双CAN通信模块软件设计

2.2.1CAN自定义协议设计

该系统利用CAN通讯实现对传统上位机监测的可靠兼容。CAN总线只指定了物理层，在应用层没有统一的规范，为了确保实时性，单帧的长度不宜过长；如果不这样做，整个系统的实时性就会大打折扣。为了确保实时性，使用了定制的通讯协议。该接收框信息是由计算机向STM32F407发出的。传输帧是由STM32F407向计算机发出的一条消息。

CAN总线传输协议框架采用短框架结构，以确保系统的实时性。CAN的发送帧总数为7个字节，并被放置在CanTxMsg结构中的数据阵列中，其中包含一个作为节点地址的1个字节，其地址范围可达0-255。

2.2.2CAN自定义协议软件设计

CAN总线通信协议的软件设计，主要由CAN总线的接收和传输功能两部分组成。CAN传输功能的主要流程是：将所要传输的数据放入发送阵列u8Send中，Send[0]中放当前数据8位数据，Send[1]中放CRC校验的高8位，Send[2]接收到参数序号Receive,Send[3]放该参数的当前数据/256高8位数据。Send[4]中放当前数据/128低8位资料，Send[4]中放CRC校验，高8位的CRC校验码Send[4]放重组数据的CRC校验码低8位，CRC校验码。

每10ms调用CAN的接收处理功能，并在接收处理功能中调用发送功能用于回复上位机的消息。CAN接收处理功能的处理过程是这样的：在收到数据的时候，先进行CRC检验，若经过了循环冗余校验，则表示该数据是正确的。接着，阅读第一个字节地址，看看它是不是本地节点的地址，若是，则按照不同的参数，读出内部参数的属性；通过对CAN总线进行读取和写入，并通过CAN通信功能向PC机发送数据。CAN总线数据采集关键点的确定：CAN总线参数属性的处理是通过在系统中创建一个参数组，每一个参数组都定义了一个结构体类描述参量。

2.3按键的软件设计

设置了5个键，这5个键的作用是：KEY1是存储键，用于存储数据，当KEY1被按下时，系统将当前的参数存入AT24C02。KEY2为一个选择键，用于选择要被修改的目标是否为参数ID或参数的数据项目，如果原本是一个参数，则按KEY2键将其还原为参数ID；如果原为参数ID，按住KEY2就会选择数据。KEY3用于缩小被选择区域，KEY4用于增大被选择区域；根据KEY2的动作，具体降低的是一个参数ID，还是一个数据项。按下增大键KEY4后，参数的值将增大，取决于按下的时间长度，增大的程度也不一样，按下的时间更长；随着数字的增大，减少键盘后的数字也相应地减小，同时，可以调节与按下的时间有关的长度参数的减小的幅度，随着按压时间的延长，增大的幅度也增大。使用KEY5键进行监测方式的转换，目前的监测模式是LCD显示，若目前的监测模式是CAN模式，按住KEY5键可转换为CAN监测方式；按住5键进入LCD模式。

2.4AT24C02软件设计

AT24C02的存储空间分为两个部分，分别用于存储用户参数和设备参数。将生产过程中的参数与用户参数分别存储在不同的地址中。保存时，按照模式设定参数进行设定，储存方式参数设为0时，不储存参数。如果参数被设为1时，就会被保存为Userparameter。在模式设定为2时，将输出工厂的数值参数保存。设定方式2的理由是：在使用者错误的操作参数设定错误，造成驱动程序无法正常运行时，能够将输出值参数的数值调出来，使系统回归到正常工作状态，从而提高了系统的可靠性。同时，在每一次成功存储参数之后，在AT24C02的后面都会设置一个32比特的字节，在下一次读出参数时，读出0x6666，表示这一次的参数值是被准确保存的。

在系统再次开机时，都要读一些参数，这些数据有两种方式：0的时候读用户的参数，1的时候读的是工厂的参数。在正常情况下，上电之后，会先读取AT24C02中的用户参数，当读取不成功的时候，就会读取AT24C02的出厂参数。如果读取不成功，那么就会把默认的出厂参数表中的数字，分配到参数表中的参数上。

2.5数码管显示软件设计

在显示时分为10进位显示器，依据资料的正、负显示符号，正则不显示，负则显示；从分段代码中抽取出要显示的代码，可选取小数点的数字为dpNum。如果没有小数点，则会在-9999-99999之间显示，十进制的数据Data首先获得每一位数，每五次对其进行五次计算，再将其除以10，所得10的每一位都被放置在数组SdataTemp中，也就是SdataTemp中的十位数，再通过SdataTemp进行5次循环，并使用SdataTemp和点的段码，用于在对应的位置上同时显示数字和点，puts是上一次实际显示的段代码的阵列。

3实验结果及分析

通过试验，通过系统软硬件联调，实现了多台样机之间的CAN通讯功能；该系统能够很好地完成对驱动程序的控制，能够对存储在AT24C02中的用户参数及工厂参数进行可靠的读取，并能通过键盘、数码管对参数进行显示和修改。

参考文献

［1］汪小芳，张军．基于LabVIEW和CAN总线的负载敏感液压测控系统［J］．机床与液压，2022，50（4）：65－71

［2］陈浩.基于CAN总线的商用车智能信号模拟器设计［J］.自动化与仪表，2022，37（10）：77-81，86