【正文】 當(dāng)CAN總線有較高的負(fù)電壓時通過二極管的短路可起到一定的過壓保護作用,PCA82C251的RS腳上接有一個斜率電阻。基于總線協(xié)議適配器的不同單元電路設(shè)計要求,適配器的硬件設(shè)計實現(xiàn)了Modbus接口電路、CAN總線接口電路、微控制器電路、CAN總線收發(fā)電路等電路部分的設(shè)計。電路設(shè)計中主要使用了RS一232總線驅(qū)動器MAX23AT89552單片機、獨立CAN通信控制器SJA1000T、光電隔離器件6N137和CAN總線驅(qū)動器PCA82C251等芯片。總線協(xié)議適配器的硬件電路原理圖如圖410所示,總線協(xié)議適配器的硬件電路PCB如圖411所示,總線協(xié)議適配器的實物如圖412所示。圖410總線適配器的硬件電路原理圖圖411總線適配器的硬件電路PCB圖412總線適配器的實物 以太網(wǎng)接口電路設(shè)計Modbus/TCP 總線接口電路如圖413 所示。該電路中主要有以太網(wǎng)控制芯片ENC424J600 和RJ45接口。ENC424J600 通過SPI 總線和中斷與AT91SAM9M10 微控制器進行數(shù)據(jù)交互。其中， ENC424J600 與RJ45 接口之間選用的是漢仁公司的HR911103A 網(wǎng)絡(luò)變壓器， 消除了雙絞線上的干擾和部分諧波，實現(xiàn)了電氣隔離功能，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和收發(fā)的穩(wěn)定性。圖413 Modbus/TCP總線接口電路以太網(wǎng)發(fā)送接口TX+和TX實現(xiàn)了一個差分對和電流模式發(fā)送器。當(dāng)PHY發(fā)送時， 通過改變TX+和TX的相對灌電流， 在以太網(wǎng)電纜上產(chǎn)生差分電壓。以太網(wǎng)的接收接口RX+和RX工作原理類似于發(fā)送接口。為了正確地終止發(fā)送和接收傳輸線，在發(fā)送接口和接收接口分別連接四個電阻（ Ω、精度為1%）RRR3 和R4。在接收信號路徑上，使用兩個電容（ nF、精度為10%）C1 和C2 與電阻R3 和R4 構(gòu)成了一個RC高通濾波器，以降低基線漂移。C3 和C4 可以防止直流電流，并為兩個差分對提供穩(wěn)定的共模電壓?？偩€適配器的軟件設(shè)計主要包括CAN總線通信部分、串口通信部分、協(xié)議分析轉(zhuǎn)換過程以及協(xié)議適配器的配置應(yīng)用程序。其中關(guān)鍵部分是協(xié)議分析轉(zhuǎn)換過程的實現(xiàn)。本課題研究的轉(zhuǎn)換適配器只實現(xiàn)Modbus協(xié)議中定義的部分功能。支持使用命令字節(jié),01H、02H、03H、04H、06H、0FH、10H功能碼。軟件設(shè)計思想如圖414所示,即在CAN適配器中微控制器的RAM中建立CAN數(shù)據(jù)區(qū)和Modbus數(shù)據(jù)區(qū),CAN通信數(shù)據(jù)分為輸入和輸出數(shù)據(jù)。CAN節(jié)點與適配器的通信數(shù)據(jù)都存儲在這個數(shù)據(jù)區(qū)中,通過CAN總線與CAN節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信,Modbus通信數(shù)也分為輸入不同輸入和輸出數(shù)據(jù),Modbus主站的寫出 (如05H、06H、0FH、10H功能)數(shù)據(jù)為Modbus輸入數(shù)據(jù)，與CAN的輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)。圖414 軟件設(shè)計思想由于CAN總線協(xié)議中只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,沒有定義數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)的應(yīng)用功能,而Modbus協(xié)議實現(xiàn)了應(yīng)用層的定義,因此,適配器需要根據(jù)Modbus協(xié)議中的報文數(shù)據(jù)的含義對CAN總線報文數(shù)據(jù)場中的各數(shù)據(jù)實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 Modbus報文幀向CAN數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計Modbus報文的發(fā)送和接收都是通過微控制器的串行通信引腳進行通信的,無論是報文的接收還是發(fā)送都是采用中斷的方式進行的。采用中斷方式可以有效地降低微控制器的負(fù)荷,使微控制器的工作和程序的運行更有效率。微控制器的串口通信函數(shù)代碼如下:main() { sja1000()。 //SJA1000初始化 while(1) { uchar k。 read_0804()。 //讀AD轉(zhuǎn)換電壓值 wdcl_0804()。 //轉(zhuǎn)換電壓值 Max7221Display(amp。c[0])。 //顯示 DATA_BUF[0]=0xaa。 //ID高8位為10101010=0xaa DATA_BUF[1]=0xb4。 //ID低3位為101 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)長度為4位 for(k=0。k=3。k++) //要發(fā)送的4位數(shù)據(jù) { DATA_BUF[2+k]=c[k]。 // } DATA_WRITE(amp。DATA_BUF[0])。 //通過CAN總線向計算機發(fā)送數(shù)據(jù) delay(100)。 //延時 } }/****adc0804******/void read_0804() //讀AD轉(zhuǎn)換電壓值{ intr_0804=1。 cs_0804=1。 wr_0804=1。 rd_0804=1。 intr_0804=0。 _nop_()。_nop_()。 cs_0804=0。 //0804片選有效 wr_0804=0。 //0804寫地址 _nop_()。_nop_()。 intr_0804=1。 rd_0804=0。 //0804讀 _nop_()。_nop_()。 temp=P0。 //讀AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) cs_0804=1。 wr_0804=1。 rd_0804=1。 }void wdcl_0804(){ temp=(temp*2273)*10。 //提取一位小數(shù) c[0]=temp/1000。 //千位 c[1]=temp/100%10。 //百位 c[2]=temp/10%10。 //十位 c[3]=temp%10。 //個位}void delay(uint n) //延時程序{ uint i1,j1。 for (i1=0。i1n。i1++) for (j1=0。j11140。j1++)。}void WR7221(uchar addr,uchar Data) //MAX7221的寫子程序{ uchar i。 CS7221 = 0。 //片選有效 for (i=0。i8。i++) //寫8位地址 { CLK7221 = 0。 //時鐘低 DIN7221 = (addramp。(0x80i)) ? 1:0。 //先發(fā)高位 依次到低位 _nop_()。 _nop_()。 CLK7221 = 1。 //時鐘高 上升沿鎖數(shù)據(jù) _nop_()。 _nop_()。 } for (i=0。i8。i++) //寫8位數(shù)據(jù) { CLK7221 = 0。 //時鐘低 DIN7221 = (Dataamp。(0x80i)) ? 1:0。 //先發(fā)高位 依次到低位 _nop_()。 _nop_()。 CLK7221 = 1。 //時鐘高 上升沿鎖數(shù)據(jù) _nop_()。 _nop_()。 } CS7221 = 1。 //片選無效}void Initial7221(void) //MAX7221初始化{ WR7221(0x0A,0x0A)。 //亮度地址0AH,0x00~0x0F,0x0F最亮 WR7221(0x0B,0x07)。 //掃描LED個數(shù)地址0BH,0x00~0x07,最多掃描8個數(shù)碼管 WR7221(0x0C,0x01)。 //工作模式地址0x0C. 0x00:關(guān)斷。0x01:正常 WR7221(0x09,0xFF)。 //編碼模式地址0x09. 0x00~0xFF:哪一位為1，哪一位就支持編碼}void Max7221Display(uchar *buffer) //MAX7221顯示子程序{ uchar i。 for (i=0。i8。i++) //MAX7221的8個數(shù)碼管顯示 { WR7221(i+1,*(buffer+i))。 //調(diào)MAX7221的寫子程序 }}void sja1000(){ do{。}while(CREATE_COMMUNATION()==1)。 //檢測CAN控制器的接口是否正常 do{。}while(ENTER_RETMODEL()==1)。 //進入復(fù)位工作模式 HW_INIT(0xaa,0x00,0xc9,0xc9,0xff,0x48)。 //CAN控制器的初始化 do{。}while(QUIT_RETMODEL()==1)。 //退出復(fù)位工作模式}/************************************************************************ *說明:該函數(shù)用于檢測CAN控制器的接口是否正常 * ************************************************************************/bit CREATE_COMMUNATION(void){ SJA_BCANAdr=REG_TEST。 //訪問測試寄存器 *SJA_BCANAdr =0xaa。 //寫入測試值 if(*SJA_BCANAdr == 0xaa) { return 0。 //讀測試正確 } else { return 1。 } } /************************************************************************ *說明: CAN控制器進入復(fù)位工作模式 * ************************************************************************/ bit ENTER_RETMODEL(void){ uchar TempData。 SJA_BCANAdr = REG_CONTROL。 //訪問地址指向控制寄存器 TempData= *SJA_BCANAdr。 //保存原始值 *SJA_BCANAdr=(TempData|0x01)。 //置位復(fù)位請求 if((*SJA_BCANAdramp。0x01) == 1) { return 0。 } else { return 1。 } }/************************************************************************ *說明: CAN控制器退出復(fù)位工作模式 * ************************************************************************/Modbus報文幀向CAN數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換的過程是從接收到Modbus報文幀開始的主要步驟如xia:（1）將從Modbus節(jié)點接收到的報文數(shù)據(jù)存放在Modbus數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。（2）計算該幀報文的CRC校驗碼,并與數(shù)據(jù)幀中的CRC校驗碼相比較。（3）如果兩個CRC校驗碼不同,則說明接收到的ModbuS報文幀存在錯誤。此時需要向發(fā)送Modbus報文幀的節(jié)點返回相應(yīng)的回答報文,告訴Modbus節(jié)點原先發(fā)送的報文幀存在錯誤,可以考慮重新發(fā)送ModbuS報文幀。然后等待下一條Modbus報文幀。（4）如果兩個CRC校驗碼相同,則說明接收到的Modbus報文幀正確。此時需要向發(fā)送Modbus報文幀的節(jié)點返回相應(yīng)的回答報文,告訴Modbus節(jié)點原先發(fā)送的報文幀被正確接收,可以繼續(xù)做其他的工作。（5）解析Modbus數(shù)據(jù)報文的地址域,根據(jù)定義的通信協(xié)議,確定此報文數(shù)據(jù)發(fā)送到哪個節(jié)點,即確定接收數(shù)據(jù)的CAN節(jié)點的ID。（6）解析Modbus數(shù)據(jù)報文的功能域,根據(jù)定義的通信協(xié)議,確定發(fā)送數(shù)據(jù)還是發(fā)送命令。（7）根據(jù)Modbus數(shù)據(jù)報文的解析,將相應(yīng)的ID、以及數(shù)據(jù)或命令存入到CAN輸出數(shù)據(jù)區(qū)中。（8）然后通過CAN總線接口將相應(yīng)的數(shù)據(jù)或命令發(fā)送到CAN總線網(wǎng)絡(luò)。如果沒有回答報文,則需要重新發(fā)送,若連續(xù)三次都沒接收到回答報文,則認(rèn)為該節(jié)點設(shè)備出現(xiàn)通信故障。如果有回