基于CAN的大客飛機(jī)航電系統(tǒng)局域網(wǎng)通信設(shè)計(jì)

摘要：提出一種基于CAN總線的大客飛機(jī)航電系統(tǒng)局域網(wǎng)通信仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，探討了CAN總線在航電總線中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)及可能性。仿真系統(tǒng)硬件通過CAN總線通信卡及工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，軟件通過模塊化設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)。通信仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的傳送、處理，以及相關(guān)信息的實(shí)時(shí)顯示。應(yīng)用表明，局域網(wǎng)通信系統(tǒng)工作正常、性能良好，能實(shí)現(xiàn)測試設(shè)備之間高速率的數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換，具有良好的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：大客飛機(jī)；CAN總線；局域網(wǎng)通信；CAN總線通信卡

0 引言
在大客飛機(jī)機(jī)載設(shè)備中，大量信息在系統(tǒng)與系統(tǒng)、系統(tǒng)與部件之間傳遞。為了讓機(jī)載設(shè)備之間完成實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地通信，盡量減少航電系統(tǒng)電氣連線的復(fù)雜性，提高航電系統(tǒng)控制的靈活性，而能與其他子系統(tǒng)進(jìn)行合理通信，必須選用一種合適的總線承擔(dān)此任務(wù)。CAN(Controll er Area Network)總線以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想、優(yōu)良的性能和極高的可靠性，足以完成上述任務(wù)，所以選用CAN總線來開發(fā)航電系統(tǒng)局域網(wǎng)通信仿真系統(tǒng)，這是CAN總線在航空領(lǐng)域應(yīng)用的一次新的嘗試。
文中采用CAN總線仿真大客飛機(jī)航電系統(tǒng)局域網(wǎng)通信，是以CAN總線為傳輸總線，以工控機(jī)作為子系統(tǒng)仿真機(jī)的通信系統(tǒng)，采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其目的在于仿真飛機(jī)某些子系統(tǒng)的功能、總線通信情況，測試整個(gè)仿真系統(tǒng)的工作情況，重點(diǎn)檢驗(yàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)和邏輯時(shí)序的正確性，為CAN總線在航空領(lǐng)域的應(yīng)用提供案例。

1 仿真系統(tǒng)的功能
CAN總線通信仿真系統(tǒng)分為六個(gè)子系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)用戶需求設(shè)置系統(tǒng)的通信參數(shù)，如通信速率、通信方式、發(fā)送方式等，顯示系統(tǒng)參數(shù)、本機(jī)參數(shù)、通信參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)接收的最新數(shù)據(jù)，保存通信記錄。
CAN總線通信仿真系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要包括PCI_CAN通信接口板、仿真計(jì)算機(jī)、總線分線盒及CAN總線等，采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。軟件主要任務(wù)是根據(jù)相應(yīng)工作狀態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、處理以及顯示。CAN總線通信仿真系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 仿真系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
CAN總線通信卡是硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，主要由CAN總線接口部分、通信控制部分和PCI總線接口部分三大部分組成。電路設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。

PCI協(xié)議芯片采用PCI9052，采用64 MB雙口RAM緩存，用復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD和單片機(jī)89C51來控制數(shù)據(jù)的讀寫，以保證數(shù)據(jù)的完整性和時(shí)序性；CPLD采用EPM7128；CAN控制器采用SJA1000；收發(fā)器采用82C250；6N137用作光耦隔離。
2．1 CAN總線接口部分
CAN總線通信卡總線接口電路如圖3所示。

CAN總線通信控制部分主要由CAN總線控制器SJA1000、高速光耦6N137和CAN驅(qū)動(dòng)器PCA82C250組成。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，CAN控制器SJA1000的通信引腳TX0和RX0并不是直接與PCA82C250的TXD和RXD相連，而是在中間加入一級(jí)高速光耦6N137，這樣能很好地實(shí)現(xiàn)總線上各個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之問的電氣隔離，增強(qiáng)了抗干擾能力。光耦電路用的2個(gè)電源VCC和VDD必須隔離。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊實(shí)現(xiàn)。這雖然增加了接口電路的復(fù)雜性，但卻提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。PCA82C250的RS腳上接一個(gè)斜率電阻。電阻大小可以根據(jù)總線通信速度適當(dāng)調(diào)整，一般在16～140 kΩ之間。SJA1000的初始化由單片機(jī)來完成，單片機(jī)通過控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信功能。AD0～AD7連接到單片機(jī)的P0口，CS連接到單片機(jī)的P2．7口，P2．7為0時(shí)，單片機(jī)CPU的片外存儲(chǔ)器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對(duì)SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀／寫操作。SJA1000的RD，WR，ALE分別與單片機(jī)的相應(yīng)引腳相連，SJA1000的INT接單片機(jī)的INT0，單片機(jī)也可通過中斷方式訪問SJA1000。