1. 研究目的与意义（文献综述）

开关量属于数字信号的一种，是电器最基本、最典型的功能。开关量，指控制继电器的接通或者断开所对应的值，即“1”和“0”。现代工业制造业和生活中需要大量处理开关量信号，比如智能监控、智能控温、振动监测、电机开关、自动报警等。与之相对的是模拟量，模拟量输出的是有源信号而开关量输出的是无源信号。

can是控制器局域网络（controller area network，can）的简称, 在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个lan，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的can 通信协议。此后，can 通过iso11898及iso11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

尽管 can 协议已经有15年的历史，但它仍处在改进之中。从2000年开始，一个由数家公司组成的iso任务组织定义了一种时间触发can报文传输的协议。bernd mueller博士、thomas fuehrer、bosch公司人员和半导体工业专家、学术研究专家将此协议定义为“时间触发通讯的can（ttcan）”，计划在将来标准化为iso11898-4。这个can的扩展已在硅片上实现，不仅可实现闭环控制下支持报文的时间触发传输，而且可以实现can的x-by-wire应用。因为can协议并未改变，所以，在同一个的物理层上，既可以实现传输时间触发的报文，也可以实现传输事件触发的报文。ttcan将为can延长5-10年的生命期。现在，can在全球市场上仍然处于起始点，当得到重视时，谁也无法预料can总线系统在下一个10－15年内的发展趋势。这里需要强调一个现实：近几年内，美国和远东的汽车厂商将会在他们所生产汽车的串行部件上使用can。另外，大量潜在的新应用（例如：娱乐）正在呈现——不仅可用于客车，也可用于家庭消费。同时，结合高层协议应用的特殊保安系统对can的需求也正在稳健增长。德国专业委员会bia和德国安全标准权威tuuml;v已经对一些基于can的保安系统进行了认证。canopen-safety是第一个获得bia许可的can解决方案，devicenet-safety也会马上跟进。全球分级协会的领导者之一，germanischer lloyd正在准备提议将canopen固件应用于海事运输。在其他事务中，规范定义可以通过自动切换将canopen网络转换为冗余总线系统。

2. 研究的基本内容与方案

本课题的基本内容：通过对一个数控系统can总线的通信数据的分析，制作一款数控主机的扩展模块，使之具备8个开关量输入和 8个开关量输出。主要内容是can总线结构的技术分析和8个开关量输入 8个开关量输出。然后根据设计目的选择电器元件和设计平台，并完成can总线软件程序的编写。最后在单片机基础上实现对can总线功能的仿真并完成实物设计。

本课题的目标：设计完成的数控主机扩展模块具有8个开关量输入和8个开关量输出，完成硬件电路和软件设计并对整个系统进行仿真调试。

本课题的基本技术方案：使用继电器完成开关量信号的输入单片机，再转化为和单片机匹配的电压信号，然后经过can总线后可以输由单片机处理器输出八路开关量信号。然后运用脉冲宽度调剂控制电机，将现场开关量信号传递来的数据通过can节点传送到can总线上，然后传输到can总线通信接口输出开关量。所以整体的设计模块有两部分，一部分是开关量输入模块，通过继电器驱动，输入到单片机，并完成保护电路。另一部分是can总线节点模块，选择合适的can总线控制器，然后配置配套的can总线收发器。系统结构框图如图一所示。

3. 研究计划与安排

1～3周：查阅相关文献资料，明确研究方向，确定研究内容，完成开题报告；

4～6周：完成can总线开关量输入输出扩展器硬件电路设计；

7～9周：完成can总线开关量输入输出扩展器软件设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张洋，刘军. 原子教你玩stm32(库函数版)[m].北京：北京航空航天大学出版社,2013.

[2]汤晓君,张勇,李世维,等, 智能传感器系统[m]. 西安:西安电子科技大学出版社,2010.

[3]李栋梁. 基于can总线的全数字式汽车仪表的应用研究[d].合肥工业大学,2005.