CANBUS及CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

會(huì)計(jì)學(xué)1CANBUS及CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

4.3.2CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器

1．PCA82C250/251 PCA82C250/251收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線(xiàn)路之間的接口。此器件對(duì)總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，可以在汽車(chē)和一般的工業(yè)應(yīng)用上使用。PCA82C250/251收發(fā)器的主要特點(diǎn)如下：第1頁(yè)/共45頁(yè)完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。高速率（最高達(dá)1Mbps）。具有抗汽車(chē)環(huán)境中的瞬間干擾，保護(hù)總線(xiàn)能力。斜率控制，降低射頻干擾（RFI）。差分收發(fā)器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾（EMI）。熱保護(hù)。防止電源和地之間發(fā)生短路。低電流待機(jī)模式。未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線(xiàn)無(wú)影響?？蛇B接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。工作溫度范圍：－40℃~+125℃。第2頁(yè)/共45頁(yè)

圖4－29PCA82C250/251引腳圖PCA82C250/251為8引腳DIP和SO兩種封裝，引腳如圖4-29所示。第3頁(yè)/共45頁(yè)引腳介紹如下：TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)輸入。GND：地。Vcc：電源電壓4.5V~5.5V。RXD：接收數(shù)據(jù)輸出。Vref：參考電壓輸出。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。第4頁(yè)/共45頁(yè)

圖4－30PCA82C250/251應(yīng)用電路（3）應(yīng)用電路

PCA82C250/251收發(fā)器的典型應(yīng)用如圖4-30所示。第5頁(yè)/共45頁(yè)2．TJA1050TJA1050是Philips公司生產(chǎn)的、用以替代PCA82C250的高速CAN總線(xiàn)收發(fā)器。該器件提供了CAN控制器與物理總線(xiàn)之間的接口以及對(duì)CAN總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。TJA1050除了具有PCA82C250的主要特性以外，在某些方面的性能還作了很大的改善。第6頁(yè)/共45頁(yè)

4.4CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

4.4.1硬件電路設(shè)計(jì)

采用AT89S52單片微控制器、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器PCA82C250及復(fù)位電路IMP708的CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電路如圖4-41所示。第7頁(yè)/共45頁(yè)

圖4－41CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電路第8頁(yè)/共45頁(yè)在圖4-41中，IMP708具有兩個(gè)復(fù)位輸出RESET和/RESET，分別接至AT89S52單片微控制器和SJA1000CAN通信控制器。當(dāng)按下按鍵S時(shí)，為手動(dòng)復(fù)位。第9頁(yè)/共45頁(yè)4.4.2BasicCAN程序設(shè)計(jì)

CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)主要分為三部分：初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程序。1.CAN初始化程序程序流程圖。CAN初始化子程序流程圖如圖4-42所示。第10頁(yè)/共45頁(yè)

圖4－42CAN初始化子程序流程圖第11頁(yè)/共45頁(yè)程序清單。CAN初始化子程序清單如下：入口條件：將本節(jié)點(diǎn)號(hào)存入NODE單元。波特率控制字存入NBTR0和NBTR1單元。出口：無(wú)第12頁(yè)/共45頁(yè)

第13頁(yè)/共45頁(yè)CAN任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離與其通信波特率有關(guān)，當(dāng)采用Philips公司的SJA1000CAN通信控制器時(shí)，并假設(shè)晶振頻率為16MHz，通信距離與通信波特率關(guān)系如表4-60所示。第14頁(yè)/共45頁(yè)表4-60通信距離與通信波特率關(guān)系表

位速率最大總線(xiàn)長(zhǎng)度總線(xiàn)定時(shí)BTR0BTR11Mbps40m00H14H500kbps130m00H1CH250kbps270m01H1CH125kbps530m03H1CH100kbps620m43H2FH50kbps1.3km47H2FH20kbps3.3km53H2FH10kbps6.7km67H2FH5kbps10km7FH7FH第15頁(yè)/共45頁(yè)2.CAN接收子程序程序流程圖。CAN接收子程序流程圖如圖4-43所示。圖4－43CAN接收子程序流程圖第16頁(yè)/共45頁(yè)程序清單。CAN接收子程序清單如下：入口條件：無(wú)。出口：接收的描述符、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及數(shù)據(jù)放在RXBF開(kāi)始的緩沖區(qū)中。第17頁(yè)/共45頁(yè)第18頁(yè)/共45頁(yè)3.CAN發(fā)送子程序程序流程圖。CAN發(fā)送子程序流程圖如圖4-44所示。圖4－44CAN發(fā)送子程序流程圖第19頁(yè)/共45頁(yè)②程序清單。CAN發(fā)送子程序清單如下：入口條件：將要發(fā)送的描述符存入TXBF；將要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度存入TXBF+1；將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存入TXBF+2開(kāi)始的單元。出口：無(wú)。第20頁(yè)/共45頁(yè)

第21頁(yè)/共45頁(yè)4.5基于PCI總線(xiàn)的CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器的設(shè)計(jì)

4.5.1SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-45所示。第22頁(yè)/共45頁(yè)圖4－45基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第23頁(yè)/共45頁(yè)4.5.2PCI總線(xiàn)概述

PCI總線(xiàn)的英文全稱(chēng)為：PeripheralComponentInterconnectSpercialInterestGroup,簡(jiǎn)稱(chēng)PCISIG，即外設(shè)部件互連。PCI總線(xiàn)是由Intel公司提出的。對(duì)PCI擴(kuò)展卡及元件，能夠自動(dòng)配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用；處理器獨(dú)立，不依賴(lài)任何CPU，支持多種處理器及將來(lái)待開(kāi)發(fā)的更高性能處理器；支持64位地址；多主控制允許任何PCI主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)；PCI提供數(shù)據(jù)和地址的奇偶校驗(yàn)功能，保證了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)的PCI總線(xiàn)示意圖如圖4-46所示。第24頁(yè)/共45頁(yè)

圖4－46計(jì)算機(jī)的PCI總線(xiàn)示意圖第25頁(yè)/共45頁(yè)4.5.3

PCI控制器CY7C09449PV

CY7C09449PV是Cypress公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體PCI-DP系列的PCI接口控制器之一，它提供了可與多種常用的微處理器直接連接的PCI主/從接口，一個(gè)128Kbit的雙端口SRAM用作局部微處理器和PCI總線(xiàn)間的共享存儲(chǔ)器。CY7C09449PV給設(shè)計(jì)者提供了一種將應(yīng)用連接到PCI總線(xiàn)的簡(jiǎn)單方法。它同時(shí)提供一個(gè)I2O消息單元，具有消息隊(duì)列和中斷能力。第26頁(yè)/共45頁(yè)CY7C09449PV控制器的主要特點(diǎn)為：具有128Kbit的雙端口共享存儲(chǔ)器；可以作為主設(shè)備和從設(shè)備接口使用，符合PCI2.2規(guī)范；內(nèi)置主橋能力；可以直接與多種微處理器接口；具有I2O

（IntelligentInput&Output的縮寫(xiě)）信息傳送單元，包括4個(gè)深度為32的FIFO；它的局部總線(xiàn)時(shí)鐘頻率最高可達(dá)50MHz；采用單一3.3V電源供電，與3V和5V的PCI總線(xiàn)信號(hào)兼容。 第27頁(yè)/共45頁(yè)4.5.4CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器的設(shè)計(jì)

1．系統(tǒng)功能CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器主要是用來(lái)承擔(dān)上位計(jì)算機(jī)和CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)等下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互任務(wù)的。2．硬件結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程基于PCI總線(xiàn)的CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器硬件結(jié)構(gòu)如圖4-49所示。第28頁(yè)/共45頁(yè)圖4－49CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器硬件結(jié)構(gòu)圖第29頁(yè)/共45頁(yè)3.CAN數(shù)據(jù)包格式CAN通信數(shù)據(jù)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀最多發(fā)送8個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量超過(guò)8個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)時(shí)，給用戶(hù)編程帶來(lái)了一定的困難。為此，定義了如圖4-50所示的CAN的數(shù)據(jù)包格式。第30頁(yè)/共45頁(yè)a)b)

圖4－50發(fā)送數(shù)據(jù)包和接收數(shù)據(jù)包格式a)發(fā)送數(shù)據(jù)包格式b)接收數(shù)據(jù)包格式

第31頁(yè)/共45頁(yè)與上述定義的數(shù)據(jù)包格式相對(duì)應(yīng)，CAN的多幀數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)如圖4-51所示。圖4－51CAN多幀數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)圖第32頁(yè)/共45頁(yè)4．設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序WDM的開(kāi)發(fā)Windows操作系統(tǒng)（Windows98，Windows2000）為了保證系統(tǒng)的安全性，穩(wěn)定性和可移植性，對(duì)底層操作采取了屏蔽的策略，對(duì)應(yīng)用程序訪(fǎng)問(wèn)硬件資源進(jìn)行了限制。上層的應(yīng)用程序無(wú)權(quán)直接訪(fǎng)問(wèn)硬件資源，需要通過(guò)編制的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（WDM）實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源、外圍設(shè)備（如PCI設(shè)備）的控制，如獲取PCI資源配置情況，把分配的物理地址映射到線(xiàn)性地址以及對(duì)局部總線(xiàn)工作方式的控制等。第33頁(yè)/共45頁(yè)WDM（Win32DriverModel）作為Windows的最新一代驅(qū)動(dòng)程序模型，其運(yùn)行平臺(tái)是Windows98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)，運(yùn)行在系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)。開(kāi)發(fā)WDM的方式有兩種：選用DDK開(kāi)發(fā)和選用第三方軟件工具開(kāi)發(fā)。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)選用NuMega公司提供的DriverWorks軟件。第34頁(yè)/共45頁(yè)4.6CAN智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

4.6.1CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的一般結(jié)構(gòu)

在基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的SCADA系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)測(cè)控的智能節(jié)點(diǎn)。CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖4-64所示。第35頁(yè)/共45頁(yè)

圖4－64CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖下面以FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入模塊為例介紹智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。第36頁(yè)/共45頁(yè)4.6.2FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)1．硬件結(jié)構(gòu)FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入智能節(jié)點(diǎn)的硬件框圖如圖4-65所示。第37頁(yè)/共45頁(yè)圖4－65FBCAN－8DI智能節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)框圖第38頁(yè)/共45頁(yè)在該智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，設(shè)定開(kāi)關(guān)的口地址為7FFFH，SJA1000的地址為BF00H，讀取數(shù)字量的口地址為DFFFH。2．?dāng)?shù)字量輸入電路數(shù)字量輸入電路如圖4-66所示。第39頁(yè)/共45頁(yè)圖4－66數(shù)字量輸入電路第40頁(yè)/共45頁(yè)當(dāng)跳線(xiàn)器JP1的1-2短路，跳線(xiàn)器JP2的1-2斷開(kāi)、2-3短路時(shí)，輸入端DI+和DI－可以接一干接點(diǎn)信號(hào)。當(dāng)跳線(xiàn)器JP1的1-2斷開(kāi)，跳線(xiàn)器JP2的1-2短路、2-3斷開(kāi)時(shí)，輸入端DI+和DI－可以接有源接點(diǎn)。在圖4-66中，開(kāi)關(guān)量輸入端所用電源為+24V，也可以是+15V或+5V電源，只需改變電阻R1的阻值即可。第41頁(yè)/共45頁(yè)3．DC/DC電源電路在智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，供電電源一般為+24V，而智能節(jié)點(diǎn)內(nèi)部通常需要+5V或其它電源（如放大器、A/D、D/A等器件所需電源），因此需要將+24V電源進(jìn)行DC/DC變換，產(chǎn)生所需電源，圖4-67為將+24V變成+5V的DC/DC變換電路。第42頁(yè)/共45頁(yè)圖4－6