【正文】 入了總線驅(qū)動(dòng)器件74LVX4245。在多通道硬件設(shè)計(jì)中，本章分4個(gè)部分介紹了這種智能節(jié)點(diǎn)的硬件電路的調(diào)理模塊、DSP處理器、外圍擴(kuò)展電路和供電模塊。C編譯器、匯編器和鏈接器是DSP代碼生成工具所必需的。(b)下位機(jī)程序編寫本系統(tǒng)中，下位機(jī)的主要功能就是對(duì)于數(shù)據(jù)的采集、短期存儲(chǔ)和上傳數(shù)據(jù)。下位機(jī)還響應(yīng)上位機(jī)的傳送請(qǐng)求中斷和定時(shí)器定時(shí)中斷上傳。對(duì)于報(bào)文的發(fā)送和接收，其實(shí)際有效時(shí)刻是不同的。過(guò)載幀(overload Frame):過(guò)載幀用以在前后兩個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠(yuǎn)程幀)之間提供一個(gè)附加的延時(shí)。識(shí)別符(ID):識(shí)別符的長(zhǎng)度為n位或29位。支持?jǐn)U展幀格式的CAN控制器(CAN Controller)同樣也能發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)幀，當(dāng)僅僅支持標(biāo)準(zhǔn)幀的CAN控制器被用在網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，則只有標(biāo)準(zhǔn)幀能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳送，擴(kuò)展幀將不能被識(shí)別，但是會(huì)被當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)幀處理。它可以為08個(gè)字節(jié)，每字節(jié)包含了8位，首先發(fā)送的是最高有效位。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個(gè)單獨(dú)的“隱性”位。這個(gè)標(biāo)志序列由7個(gè)“隱性”位組成。圖47 過(guò)載幀結(jié)構(gòu)圖(3)CAN總線編碼方式CAN總線報(bào)文中的位流按照非歸零(NRZ)碼方式編碼，因此一個(gè)完整位的電平只可能為兩種互補(bǔ)邏輯數(shù)值之一:“顯性”或“隱性”。由于CAN總線并未定義節(jié)點(diǎn)地址，因此在這種情況下，CAN總線基于“多主競(jìng)爭(zhēng)總線仲裁”的原理，依靠報(bào)文的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行取舍。(5)設(shè)計(jì)協(xié)議再定義本設(shè)計(jì)中。字節(jié)6～字節(jié)13為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀無(wú)效。SJA1000與DSP通信時(shí)采用的是8位的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線，其每次讀寫操作都需要2次訪問(wèn)MSCAN。，關(guān)閉讀操作。當(dāng)主機(jī)幀為請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，DSP將存在外擴(kuò)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)串的方式依次標(biāo)定發(fā)送，同時(shí)將存儲(chǔ)區(qū)堆棧指針指向下一個(gè)存儲(chǔ)空間。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合CAN總線在汽車行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用方案，提出一個(gè)由具備CAN總線通信能力的智能節(jié)點(diǎn)組成的在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。在本課題的研究和設(shè)計(jì)中包含了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、自總線設(shè)計(jì)、硬件開發(fā)、軟件設(shè)計(jì)等多方面內(nèi)容，涉及到的相關(guān)領(lǐng)域較多。本章中著重強(qiáng)調(diào)了CAN總線通信模塊的設(shè)計(jì)方法，其中包括CAN通信協(xié)議的介紹、本系統(tǒng)協(xié)議的創(chuàng)新以及通信流程的敘述等。圖49 程序流程圖DSP收到主機(jī)的數(shù)據(jù)幀后，終止當(dāng)前程序并進(jìn)入通信中斷，通信程序中，DSP根據(jù)得到數(shù)據(jù)幀內(nèi)的通信信息位判定當(dāng)前幀的作用。，選定SJA1000內(nèi)部相應(yīng)寄存器。(6)SJA1000讀寫時(shí)序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，上傳數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換全部由CAN控制器SJAl000完成。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。所有未獲得總線控制權(quán)的節(jié)點(diǎn)都成為具有最高優(yōu)先權(quán)的節(jié)點(diǎn)所發(fā)送報(bào)文的接收節(jié)點(diǎn)，并且不會(huì)在總線再次空閑前發(fā)送報(bào)文。在“顯性”位期間，“顯性”狀態(tài)改寫“隱性”狀態(tài)并發(fā)送。圖45 遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu)圖3）錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的區(qū)域組成，如圖46所示圖46 錯(cuò)誤幀結(jié)構(gòu)圖4）過(guò)載幀過(guò)載幀包括兩個(gè)位域:過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載界定符。因此，應(yīng)答間隙 (ACKSLOT)被兩個(gè)“隱性”位所包圍，也就是CRC界定符 (CRCDELIMITER)和ACK界定符 (ACKDELIMITER)。如果用NXTBIT標(biāo)記指示位流的下一位，它由從幀的起始到數(shù)據(jù)場(chǎng)末尾都由無(wú)填充的位序列給定。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼由4位構(gòu)成，數(shù)據(jù)幀允許數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目范圍為O到8，具體分配如表41所示。圖44 標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的仲裁場(chǎng)比較標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀的不同還來(lái)自于對(duì)標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展(IDE)位的使用，當(dāng)其位于RTR位之后且為顯性時(shí)，則報(bào)文作為標(biāo)準(zhǔn)幀來(lái)發(fā)送，而當(dāng)其位于RTR位之前且為隱性時(shí)則報(bào)文作為擴(kuò)展幀來(lái)發(fā)送。所有節(jié)點(diǎn)必須同步于首先開始發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)的幀起始前沿。遠(yuǎn)程幀 (Remote Frame):總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀。該單元在總線空閑或丟失總線仲裁之前恒為發(fā)送器。如果沒(méi)有超過(guò)門限，數(shù)據(jù)將被存入外存。匯編器將匯編語(yǔ)言代碼文件匯編成機(jī)器語(yǔ)言COFF目標(biāo)文件(*.obj)，在obj文件里，包含了匯編指令、宏命令及指令等。 下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)(a)軟件開發(fā)環(huán)境CCSDSP芯片的開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩類。多通道節(jié)點(diǎn)是安裝在標(biāo)準(zhǔn)3U臥式鋁合金機(jī)箱，可以直接安裝到防爆箱中，因此其元器件的選擇方面容限有所降低，而且其供電電源使用現(xiàn)場(chǎng)的24V直流電，背板還將供電電壓與采集電路隔離，更提升了節(jié)點(diǎn)的安全性。接口結(jié)構(gòu)圖如圖317所示圖 317 CAN總線接口結(jié)構(gòu)圖CAN總線接口工作方式如下:默認(rèn)情況下CAN總線接口工作在監(jiān)聽(tīng)方式，當(dāng)有數(shù)據(jù)通信到達(dá)此節(jié)點(diǎn)時(shí)，DSP通過(guò)SJA1O00與其建立通信，DSP準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并發(fā)送至通信終端。而CPLD通過(guò)譯碼寄存器值即可設(shè)置控制線的電平。轉(zhuǎn)換電路如圖315所示圖315 電壓轉(zhuǎn)換電路通信接口及外圍電路為了增加節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力，設(shè)計(jì)中加入了片外的FLASH和SRAM。這3條片選線被映射到3個(gè)外部存儲(chǔ)空間。TMS320F28335的存儲(chǔ)器總線結(jié)構(gòu)包含了程序讀總線、數(shù)據(jù)讀總線和數(shù)據(jù)寫總線3種。SD： 單信號(hào)/差分信號(hào) 1：?jiǎn)涡盘?hào) 0：差分信號(hào)OS： 奇數(shù)通道/偶數(shù)通道 1：奇數(shù)通道 0：偶數(shù)通道S1: 地址選擇位 1 1：選通 0：未選通S2： 地址選擇位 2 1：選通 0：未選通COM: CH7/公共端選擇 1：CH7 0:CH7為公共端UNI: 急性選擇 1：?jiǎn)螛O性 0：雙極性SLP: 休眠 1：進(jìn)入休眠 0：休眠喚醒表33指令幀形式表SD0SS1S2Channel+Configuration1000CH0GND1001CH2GND1010CH4GND1011CH6GND1100CH1GND1101CH3GND1110CH5GND1111CH7GND 波型值路徑主要是檢測(cè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)，所以A/D的要求沒(méi)有那么高，這里設(shè)計(jì)直接采用微處理器DSP集成上的A/D轉(zhuǎn)換模塊。CS/CONV是芯片的片選信號(hào)，同時(shí)它還可以用來(lái)驅(qū)使ADC的轉(zhuǎn)換。對(duì)于有效值為1V以上的電平信號(hào)，其測(cè)量范圍可達(dá)2M。，且同步數(shù)據(jù)采集時(shí)每路信號(hào)通道速度可達(dá)到1O0kps。與其它濾波芯片相比，LTC1066有著很小的輸出失調(diào)電壓，因而可以滿足大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集的需求。設(shè)計(jì)中采用了高精度運(yùn)算放大器芯片LTC205高精度電阻與多路模擬開關(guān)共同構(gòu)成的同向放大器實(shí)現(xiàn)。前級(jí)二階低通為固定截止頻率濾波器，后級(jí)二階低通濾波器截止頻率可由用戶自行選擇。模擬開關(guān)選用了美國(guó)MAXIM公司的高性能模擬開關(guān)芯片DG409，這種芯片具有極低的導(dǎo)通電阻，保證了模擬信號(hào)不受影響。它的高頻漸近線是一條斜率為20dB/dec的直線，并通過(guò)單位增益頻率。其電路圖和伯德圖如圖310所示。若RC的乘積取值足夠大，外加電壓時(shí)電容器上的電壓只能緩慢上升。模擬濾波器可以分為有源濾波器與無(wú)源濾波器兩科。圖36中電阻IR104和IR105以及運(yùn)放TL064組成了基本的同相比例放大器，把有加速度壓電傳感器采集到的微小狀態(tài)值電信號(hào)放大到可供后級(jí)處理的幅值。信號(hào)調(diào)理簡(jiǎn)介:在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信號(hào)調(diào)理是對(duì)傳感器發(fā)出的模擬信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)行信號(hào)電平、極性、幅值轉(zhuǎn)換，使之與A/D轉(zhuǎn)換器所需的電平極性相一致[27]。凡為極板間的絕緣電阻。這種將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)或者稱為電致伸縮效應(yīng)[26]?，F(xiàn)在主流的加速的傳感器大多使用的是壓電式傳感器。圖33 CAN總線連接電路圖多通道波形狀態(tài)值智能節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖34所示。 有效值轉(zhuǎn)換模塊有效值轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)添加了一級(jí)精度擴(kuò)展，這里將有效值輸出通過(guò)一個(gè)10倍同相放大器與原信號(hào)一同輸出。如圖32所示，整個(gè)的傳感器包括采集、濾波放大、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理上傳幾個(gè)模塊。在本系統(tǒng)中，它位于傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，起著承上啟下的作用。MAC子層:主要負(fù)責(zé)報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定。CAN采用短幀發(fā)送，每幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)為8個(gè)，傳輸時(shí)間短，不易受干擾。如果不存在新的錯(cuò)誤，從檢出錯(cuò)誤到下一個(gè)報(bào)文開始發(fā)送的回復(fù)時(shí)間最多為29個(gè)位時(shí)間。這種仲裁規(guī)則可以使信息和時(shí)間均無(wú)損失。報(bào)文通信—個(gè)報(bào)文的內(nèi)容由其標(biāo)識(shí)符ID命名。1991年9月PHILIP SSEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范[16]（)。但是它在我國(guó)卻剛剛進(jìn)入開發(fā)和應(yīng)用階段。實(shí)現(xiàn)一表多用，不僅方便了用戶，也節(jié)省了成本。這樣就為簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設(shè)備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護(hù)費(fèi)用創(chuàng)造了條件。不同制造商的網(wǎng)絡(luò)互連十分簡(jiǎn)單，用戶不必在硬件或軟件上花太多氣力。把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。由于標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線也有不同的定義。 現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的，它的最初商業(yè)應(yīng)是Honeywell公司在 1983年推出的數(shù)字信號(hào)(4mA20mA)差分智能化儀表[]它在普通儀表的基礎(chǔ)上增加了計(jì)算功能的微處理器芯片，在輸出的直流信號(hào)上疊加了數(shù)字信號(hào)，從而使現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室裝置之間的連接由模擬信號(hào)過(guò)渡到了數(shù)字信號(hào)。關(guān)鍵詞：傳感器；CAN總線；DSP；CPLD；網(wǎng)絡(luò)ABSTRACT As one of today’s most promising fieldbus，CAN has strong antiinterference and Error detection ability and has been applicated around from the Highspeed networks to lowcost multiline network .Then there have been CAN bus Products in other areas .The vibration sensor based on CAN bus is one of a kind .Sensor network can go well in online monitoring. This lays the foundation for safe production. The topic will introduces CAN bus to the online monitoring system. With CAN bus network’s highspeed and stable characteristics，Equipment under the harsh environment monitoring bee simple and safe .Papers give a simple introduction for CAN bus specification，and then Provide an online vibration monitoring system which is made with a wide Range of intelligent CAN bus munication nodes.The first part Paper detailed the Hardware design of single intelligent node and multichannel waveform Intelligent node .The second part，it Mainly Introduces the conditioning circuit module，A/D module，control module and munication module，gives the Structure of the whole network .In system software design，the paper Focuses on the lower intent node software process .The third part，through the CAN Bus munication protocol，the improved one has been promoted . At the Same time，it also introduces the use of the PC interface card.Key Words: Sensor。 基于CAN總線的傳感器網(wǎng)絡(luò)研究作者：任廣祿摘 要 CAN總線作為當(dāng)今幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，它以其強(qiáng)有力的檢錯(cuò)與抗干擾能力，應(yīng)用范圍已經(jīng)遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。最后本論文對(duì)基于CAN總線的傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了總結(jié)和展望。它把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)為傳輸紐帶，把每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接成可相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中包括基金會(huì)場(chǎng)總線(FF Foundation Field bus)，LonWorks，PROFIBUS， CAN(Control area Network)，HART(Highway Addressable Remote Transducer)等。FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站?，F(xiàn)場(chǎng)總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，他既可于同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)互連，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的共享。圖11 FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較由于采用數(shù)字信號(hào)替