【導(dǎo)讀】它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)高度綜合與集成的產(chǎn)物，是一種開(kāi)。放式和分布式的新模式.現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。智能控制是控制理論和技術(shù)發(fā)展的高級(jí)階段，是一個(gè)新興的并正在迅速發(fā)。它主要用來(lái)解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題。本文采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種分布式控制系統(tǒng)。PHILIPS公司生產(chǎn)的智能CAN控制器SJA1000以及CAN收發(fā)器82C250組成CAN的通訊網(wǎng)。作的友好的人機(jī)界面，能夠完全仿真現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線監(jiān)控系統(tǒng)。下位機(jī)程序采用匯編語(yǔ)言，用AT89S51作為微控制器。充分運(yùn)用CVI的RS232庫(kù)函數(shù)進(jìn)行串口通訊。利用上位機(jī)可以監(jiān)視數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸入輸出節(jié)

　　

【正文】 (TXB) 發(fā)送緩沖器是 CPU 和 BSP(位流處理器 )之間的接口，能夠存儲(chǔ)發(fā)送到 CAN 網(wǎng)絡(luò)上的完整信自、。緩沖器有 13個(gè)字符 ，由 CPU 寫(xiě)入、 BSP讀出 接收緩沖器 (RXB, RXFIFO) 接收緩沖器是驗(yàn)收濾波器和 CPU 之間的接口，用來(lái)儲(chǔ)存從 CAN總線上接收和接收的信自、。 24 接收緩沖 器 (RXB,3 個(gè)字符 )為接收 FIFO (RXFIFO,共 64 字符 )的一個(gè)窗口，可被 CPU 訪問(wèn)。CPU 在此 FIFO 的支持下，可以在處理信息的時(shí)候接收其它信息 驗(yàn)收濾波器 (ACF) 驗(yàn)收濾波器把它其中的數(shù)據(jù)和接收的識(shí)別碼的內(nèi)容相比較，以決定是否接收信息。在純粹的接收測(cè)試中，所有的信息都保存在 RXFIFO 中。 位流處理器 (BS 叫位流處理器是一個(gè)在發(fā)送緩沖器、 RXFIFO 和 CAN 總線之間控制數(shù)據(jù)流的程序裝置。它還在 CAN 總線上執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁、填充和錯(cuò)誤處理 位時(shí)序邏輯 (BTL) 位時(shí)序邏輯監(jiān)視串口的 CAN 總線和處理與總線有關(guān)的位時(shí)序。它在信息開(kāi)頭“弱勢(shì)一支配”的總線傳輸時(shí)同步 CAN 總線位流 (硬同步 )，接收信息時(shí)再次同步下一次傳送 (軟同步 )。 BTL 還提供可編程的時(shí)間段來(lái)補(bǔ)償傳播延遲時(shí)間、相位轉(zhuǎn)換 (例如，由于振蕩漂移 )和定義采樣點(diǎn)和一位時(shí)間內(nèi)的采樣次數(shù)。 錯(cuò)誤管理邏輯 (EML) EML 負(fù)責(zé)傳送層模塊的錯(cuò)誤管制。它接收 BSP 的出錯(cuò)報(bào)告，通知 BSP 和 IML 進(jìn)行錯(cuò)誤統(tǒng) 計(jì) 。 3） CAN 控制器的詳細(xì)說(shuō)明 SJA1000 在軟件和引腳上都是與它的前一款 PCA82C200 獨(dú)立控制器來(lái)容的。在此從礎(chǔ)上它增加很多新的功能。為實(shí)現(xiàn)軟件 兼容 ， SJA1000 增加修改兩種模式 ： ? BasicCAN 模式 ： 與 PCA82C200 來(lái) 兼容 ? PeIiCAN 模式 ： 擴(kuò)展特性 工作 模式通過(guò)時(shí)鐘分頻寄存器中的 CAN 模式位來(lái)選擇。復(fù)位默認(rèn)模式是 Basic CAN模式與 PCA82C200 兼容性 在 Basic CAN 模式中， SJA1000 模仿 PCA82C200 獨(dú)立控制器所有已知的寄存器。 ? 同步模式 SJA1000 的控制寄存器中沒(méi)有 SYNC 位 (在 PCA82C200 中是 位 )。同步只有在 CAN總線上 “弱勢(shì)一支配 (控制 )”的轉(zhuǎn)換時(shí)才有可能發(fā)生。寫(xiě)這一位是沒(méi)有任何影響的。為 f與現(xiàn)有軟件來(lái)容，讀取這一位時(shí)是可以把以前寫(xiě)入的值讀出的 (對(duì)觸發(fā)電路無(wú)影響 ) ? 時(shí)鐘分頻寄存器 分頻寄存器用來(lái)選擇 CAN 工作 模式舊 BasicCAN /PeIiCAN 它使用從 PCA82C200 保留下來(lái)的一位。 像 在 PCA82C200 中一樣，寫(xiě)一個(gè) 07之間的值，就將進(jìn)入 Basic CAN 模式。默認(rèn)狀態(tài)是 12 分頻的 Motorola 模式和 2分 頻的 Intel 模式。保留的另一位補(bǔ)充一些附加的功能。 CBP 位 (見(jiàn)表 49 )的置位使內(nèi)部 RX 輸入比較器旁路，這樣在使用外部傳送電路時(shí)可以減少內(nèi)部延時(shí) 。 ? 接收緩沖器 PCA82C200 中雙接收緩沖器的概念被 Peli CAN 中的接收 FIFO 所代替這對(duì)軟件除會(huì)增 25 加數(shù)據(jù)溢出的可能性之外，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)用上的影響。在數(shù)據(jù)溢出之前，緩沖器可以接收兩條以上 信息 (最多 64字 節(jié) ) ? CAN 2. 0B SJA1000 被設(shè)計(jì)為全面支持 CAN 協(xié)議，這就意味著在處理擴(kuò)展幀 信息 的同時(shí)，擴(kuò)展振蕩器的 誤差被修正了 。在 Basic CAN 模式下只可以發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)幀 信息 (11 字 符 的識(shí)別碼 )。如果此時(shí)檢測(cè)到 CAN 總線上有擴(kuò)展幀的信 信息，如果信息正確， 也會(huì)被允許 且給出一個(gè)確認(rèn)信號(hào)，但沒(méi)有接收中斷產(chǎn)生 ? BasicCAN 和 PeIiCAN 模式的區(qū)別 在 PeIiCAN 模式下， SJA1000 有一個(gè)含很多新功能的重組寄存器 SJA1000 包含設(shè)計(jì)在PCA82C200 中的所有位及一些新功能位。 PeIiCAN 模式支持 CAN 協(xié)議規(guī)定的所有功能(29 字 符 的識(shí)別碼 ) 4 .1 .2. 2 PCA82C250 CAN 總線驅(qū)動(dòng)器 PCA82C250 是 CAN 協(xié) 議控制器和物理總線的接口，它 .可以提供總線的差動(dòng)發(fā)送能力和接收能力，具有高速性 (最高可達(dá) 1 Mbps)，具有抗瞬間抗干擾保護(hù)總線的能力，具有降低射頻抗干擾的斜率控制，最多可以掛 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 82C250的基本特性如下 : 芯片引腳圖如右圖所示 : 管腳說(shuō)明 : *TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端 *RXD 接收數(shù)據(jù)輸出端 *Vref 參考電壓輸出端 *CANL 低電平 CAN電壓輸入 /輸出 *CANH 高電平 CAN電壓輸入 /輸出 *Rs斜率電阻輸入端 通過(guò)在地和 8X250的 8腳 (Rs)之間接不同阻值的電阻， 三種不同的上作方式 :高速、斜率控制和待機(jī)，如表41 所列。 在高速上作方式下，發(fā)送器輸出晶體管簡(jiǎn)單地以盡 .丁能快的速度啟閉。在這種方式下，不采取任何措施限制上升和下降斜率。建議使用屏蔽電纜以避免射頻 }幾擾問(wèn)題。通 26 過(guò)將引腳 8接地，可選擇高速方式。 對(duì)于較低速度或較短總線長(zhǎng)度， .丁用非屏蔽雙絞線或平行線作總線。為降低射頻干擾，應(yīng)限制上升和下降斜率。上升和下降斜率可通過(guò)由引腳 8至地連接的電阻進(jìn)行控制。斜率正比于引腳 8 上的電流輸出。電阻大小可以根據(jù)總線通信速度適當(dāng)調(diào)整，一般在 16K－ 140K 之間，本電路電阻值為 47K。 若引腳 8 加有高電平，則電路進(jìn)入低電流待機(jī)方式。在這種方式下，發(fā)送器被關(guān)掉，而接收器轉(zhuǎn)至低電流。由于在待機(jī)方式下，接收器是慢速的，因此，第一個(gè)報(bào)文將被丟失。 4. 1. 3 CAN 通信接口電路設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖 4. 2 所示 : 接線方式： SJA1000 內(nèi)部己經(jīng)有地址鎖存功能，所以它的地址 /數(shù)據(jù)端可以和單片機(jī)的P0 口自接相連?？刂菩盘?hào)線 WR, RD, ALE 自接和 89C520 的對(duì)應(yīng)口線連接。因?yàn)?AT89C51是高電平復(fù)位，而 SJA1000 是低電平復(fù)位，所以采用單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)再經(jīng)三個(gè)反相門(mén)整形后提供給 SJA 1000，保證了 CAN 控制器復(fù)位的可靠性。 SJA 1000 的 CS 信號(hào)由 89S51 的 提供，在訪問(wèn) SJA 1000 時(shí)，只要 腳輸出低電平，高位地址為 FDH。同時(shí)， INT接 89C52 的 INT0，接收數(shù)據(jù)即采用中斷方式。為提高 .IJ 靠性， 89C52 和 SJA 1000 都各自擁有自己獨(dú)立的晶振電路。 SJA1000 的 TXO 和 RXO 與 8X250 的 TXD 和 RXD 相連， 8X250 的 CANH 和 CANL 引腳各自通過(guò)一個(gè) 5 }2 的電阻與 CAN 總線相連，起到一定的限流作用，保護(hù) 82C250 免受過(guò)流的沖擊。 CANH 和 CANL 與地之間并聯(lián)了兩個(gè) 30pF 的小電容 ,可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外，在兩根 CAN 總線輸入端和地之間分別接一個(gè)防雷擊二極 27 管，當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬間干擾時(shí)，通過(guò)防雷擊管的放電可以起到一定的保護(hù)作用。SJA1000 的 20 引腳 RX1 在不使用時(shí)可以接地，配合時(shí)鐘分頻寄存器中的 CDR. 6 ( CBP)的置位可使總線長(zhǎng)度大大增加。 需要注意的是在 CAN 總線兩端接有一個(gè) 120 歐的電阻，其作用是匹配總線阻抗，提高數(shù)據(jù)通信的抗 }幾擾性及 .I 可靠性。但實(shí)際上只需保證 CAN網(wǎng) 絡(luò)中“ CANH”和“ CAN L”之間的跨接電阻為 60 歐。 4. 1. 4 RS232 通信接口電路 RS232通信接口電路原理圖如圖 4. 8 所示 ： 圖 目前 RS232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。 RS232 被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地，如從 DTE 設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用 DB25 連接器時(shí)是 2 腳相對(duì) 7 腳（信號(hào)地）的電平， DB25 各引腳定義參見(jiàn)圖 1。典型的 RS232 信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 +5～ +15V，負(fù)電平在 5～15V 電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為 TTL，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL 電平。接收器典型的工作電平在 +3～ +12V 與 3～ 12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約 15 米，最高速率為 20kb/s。 RS 232 是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而 設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為 3～ 7kΩ 。所以 RS232 適合本地設(shè)備之間的通信。 28 由于 PC 機(jī)的通信口為 RS232 電平標(biāo)準(zhǔn)，而單片機(jī)則是 TTL 電平，所以要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信，就需采用 MAX232 將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232 電平。 RS232標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率只能達(dá)到 20kb/s，最大傳輸距離 15m 但這里基本能滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)要求。 RS232C 通信口與計(jì)算機(jī)連接采用 DB9 插座，接口連線為發(fā)送線、接收線與地線。MAX232 外圍需要四個(gè)電解電容 C6, C7, C8, C9，這些電容也是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其取 值均為 1 u F/25V,宜選用擔(dān)電容并且位置應(yīng)盡量靠近芯片，電源 VCC和地之間要接一個(gè) 的去藕電容。 4. 2 數(shù)字開(kāi)關(guān)量節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 數(shù)字開(kāi)關(guān)量節(jié)點(diǎn)的微控制器部分和 CAN 通訊模塊完全相同，采用相同的芯片，數(shù)字輸入采用 P2 口直接讀入的方式，在實(shí)際應(yīng)用中可以外接光耦，數(shù)字輸出采用 8 個(gè) LED 發(fā)光二極管來(lái)演示，在實(shí)際應(yīng)用中也可以用外接繼電器來(lái)代替。 如 圖所示。 圖 4. 3 模擬輸入采樣節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 由于方案設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)要對(duì)多路模擬量輸入進(jìn)行采集并 發(fā)送到主機(jī)，因此此節(jié)點(diǎn)需要用 A/D 轉(zhuǎn)換器， 本設(shè)計(jì)采用 AD0809 作為八路模擬量采集量，電路圖如圖 所示 29 圖 4. 3. 1 AD0809 的使用 ADC0809是 8位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)二態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可 選通8個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。二態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從二態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。下 圖所示為 AD0809 的主要邏輯控制信號(hào)及工作時(shí)序圖。 ALE,為多路通道轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)地址鎖 存控制信號(hào)， ALE,為高電平時(shí)， 8 路模擬量的 3 位地址選通輸入端應(yīng)穩(wěn)定， ALE 為低電平時(shí)，地址被鎖存，對(duì)應(yīng)模擬通道被選通 。START 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制輸入信號(hào)， START 脈沖到來(lái)時(shí)，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 。EOC 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，可作為 MCU 的中斷或查詢(xún)信號(hào)，當(dāng) EOC端出現(xiàn)高電平時(shí)表示 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 。OE 為數(shù)據(jù)輸出允許控制端，當(dāng) OE 置高時(shí)控制 3態(tài)數(shù)據(jù) 30 輸出鎖存器向外部輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ?INO－ IN7 : 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求 :信號(hào)中極性，電壓范圍是0SV，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大 。輸入 的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程，應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持中路 。 ? A B C:根據(jù) A B C 的組合值，控制多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，對(duì)輸入通道進(jìn)行切換； ? ALE:在 ALE 的上升沿，將 A,B,C 通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器； ? OE: 數(shù)字量輸入容許； ? START: 啟動(dòng)信號(hào)輸入端，下降沿啟動(dòng) A/D 進(jìn)行新的一次變換； ? EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志?？勺鳛檗D(zhuǎn)換結(jié)束中斷請(qǐng)示信號(hào)； ? CLOCK:時(shí)鐘輸入信號(hào)； ? VCC：主電源輸入端； GND:接地 ? REF(+),REF():參考電源輸 入端 4. 3. 2 AD0809 應(yīng)用說(shuō)明 ? ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器， 本設(shè)計(jì)中將 D0D7直接與單片機(jī)的 P2 口直接相連。 ? 初始化時(shí)， 先 使 ST 和 OE 信號(hào)全為低電平。 ? 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C端口上。 ? 在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 ? 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號(hào)來(lái) 來(lái)觸發(fā)單片機(jī)外部中斷 1來(lái) 判斷。 ? 當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 31 4. 4 本章總結(jié) 本章設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，硬件部分包括主機(jī)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)（微處理器基本系統(tǒng)電路、 CAN 通信接口電路、 RS232 通信接口電路）、數(shù)字開(kāi)關(guān)量節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)、模擬輸入采樣節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)（ AD0809 的使用、 AD0809 應(yīng)用說(shuō)明） ，其中核心還是 SJA1000CAN 總線智能控制芯片的使用， 為了節(jié)省 AT89S51 微