基于ADμC812的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

時(shí)間：2024-08-01 06:18:40 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：介紹了一種用單片機(jī)ADμC812、CAN總線控制器SJA1000和CAN總線驅(qū)動(dòng)器POA82C250組成的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，給出了該節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)方法，同時(shí)介紹了CAN總線的主要特點(diǎn)。

１　引言

ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）總線協(xié)議最初是以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)ＢＯＳＣＨ公司開發(fā)的，它是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的串行通信局域網(wǎng)。目前，ＣＡＮ總線以其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信中。ＣＡＮ總線具有以下一些技術(shù)特性：

●多主方式工作，采用非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)；

●借助接收濾波可實(shí)現(xiàn)多地址的幀傳送；

●數(shù)據(jù)采用短幀結(jié)構(gòu)，抗干擾性強(qiáng)，數(shù)據(jù)幀的信息ＣＲＣ校驗(yàn)及其它錯(cuò)誤檢測(cè)措施完善；

●發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破獲的幀可以自動(dòng)重發(fā)；

●嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉總線功能，以使總線其它操作不受影響。

ＣＡＮ總線符合ＩＳＯ１１８９８標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速率為１ＭＢ／ｓ時(shí)?傳輸距離最大為４０ｍ；傳輸速率為５ｋＢ／ｓ時(shí)的最大傳輸距離為１０ｋｍ。ＣＡＮ總線的傳輸介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜等。由于ＣＡＮ總線是一種很有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線，因此?得到了國(guó)際上很多大公司的支持，加之基于ＣＡＮ總線的硬件接口簡(jiǎn)單，編程方便，系統(tǒng)容易集成。因此?它特別適用于系統(tǒng)分布比較分散、實(shí)時(shí)性要求高、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾大的場(chǎng)合。

２　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于ＣＡＮ總線采用多主方式工作，所以它具有與ＤＣＳ控制系統(tǒng)不一樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其控制系統(tǒng)的構(gòu)成由計(jì)算機(jī)和智能節(jié)點(diǎn)組成，圖１所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是所有的節(jié)點(diǎn)（包括上位ＰＣ機(jī)）都能以平等的地位掛接在總線上。一個(gè)ＣＡＮ總線節(jié)點(diǎn)通常至少包括三個(gè)部分，即負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)任務(wù)控制的單片機(jī)、ＣＡＮ總線控制器以及ＣＡＮ總線收發(fā)器。本文給出的就是一個(gè)可完成數(shù)據(jù)采集功能的ＣＡＮ節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。

３�。茫粒喂�(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

本ＣＡＮ節(jié)點(diǎn)的電路原理簡(jiǎn)圖如圖２所示。該電路的三個(gè)核心器件是單片機(jī)ＡＤμＣ８１２?１?、獨(dú)立的ＣＡＮ總線控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線驅(qū)動(dòng)器ＰＣＡ８２Ｃ２５０。其中ＳＪＡ１０００?２?和ＰＣＡ８２Ｃ２５０兩者的組合應(yīng)用已經(jīng)在很多ＣＡＮ總線節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中用到，而本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)就在于，它是根據(jù)要完成數(shù)據(jù)采集功能這一具體要求來(lái)選用微控制器ＡＤμＣ８１２。圖２中的串行接口芯片ＭＡＸ２３２作為ＡＤμＣ８１２與ＰＣ機(jī)的串口連接，它的使用是由該單片機(jī)的調(diào)試特點(diǎn)決定的。

ＡＤμＣ８１２是高度集成、高精度１２位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該產(chǎn)品在其內(nèi)核中集成了帶有片內(nèi)可重編程非易失性閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器的高性能８位（與８０５１兼容）ＭＣＵ和多通道（８?jìng)€(gè)輸入通道）１２位ＡＤＣ。

由于ＡＤμＣ８１２只需要通過(guò)其串口模塊和計(jì)算機(jī)的串口進(jìn)行連接，而不需要額外的仿真器，因而可利用ＡＤＩ公司的ＱＵＩＣＫＳＴＡＲＴ軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的在線下載、在線調(diào)試和在線仿真，從而極大地提高了工作效率。這也是本設(shè)計(jì)使用ＭＡＸ２３２的原因。

該系統(tǒng)在工作時(shí)，首先將從前面?zhèn)鞲衅魉蛠?lái)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（４～２０ｍＡ或１～５Ｖ）通過(guò)調(diào)理電路變?yōu)椋啊玻担值哪M電壓信號(hào)輸入至ＡＤμＣ８１２的Ｐ０．０～Ｐ０．７（ＡＤ０～ＡＤ７）引腳（根據(jù)實(shí)際情況確定所需ＡＤ端口的數(shù)量），然后通過(guò)程序控制，再將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字信息通過(guò)ＳＪＡ１０００和ＰＣＡ８２Ｃ２５０送到ＣＡＮ總線上的相關(guān)節(jié)點(diǎn)。

ＳＪＡ１０００作為微控制器的片外擴(kuò)展芯片，其片選引腳ＣＳ應(yīng)接在微控制器的Ｐ２．０上，以用于決定ＣＡＮ控制器各寄存器的地址。ＳＪＡ１０００通過(guò)ＣＡＮ總線驅(qū)動(dòng)器ＰＣＡ８２Ｃ２５０連接在物理總線上。ＰＣＡ８２Ｃ２５０器件可提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)ＣＡＮ控制器的差動(dòng)接受能力，它同時(shí)完全和“ＩＳＯ１１８９８”標(biāo)準(zhǔn)兼容。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，一般在ＣＡＮ總線控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線驅(qū)動(dòng)器ＰＣＡ８２Ｃ２５０之間加接６Ｎ１３７光電隔離芯片，只不過(guò)在圖２中沒(méi)有表示出來(lái)。由于通信信號(hào)傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生反射，而且反射信號(hào)會(huì)干擾正常信號(hào)的傳輸，因此，總線兩端應(yīng)接有終端電阻Ｒ１、Ｒ２，以消除反射信號(hào)，其阻值應(yīng)當(dāng)與傳輸電纜的特性阻抗大致相當(dāng)。

４　ＣＡＮ節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)