CAN總線智能采集卡的設計與實現(xiàn)
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0．引言
控制器局域網CAN（Controller Area Network）作為一種多線路網絡通信系統(tǒng)，以其時分多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發(fā)等靈活、可靠的通信技術，及低廉的價格，被廣泛地應用于工業(yè)自動化生產線、汽車、傳感器、醫(yī)療設備、智能化大廈、電梯控制、環(huán)境控制等分布式實時系統(tǒng)。本采集卡采用的是一款Atmel公司新近推出的帶有CAN控制器的微控制器，是一款很有前途的新型芯片，其內部集成CAN控制器，用它來組建CAN總線實時監(jiān)控系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的CAN總線組網方式相比，系統(tǒng)具有結構簡單、設計容易、抗干擾性強等應用優(yōu)勢。
1．采集卡的功能描述
本采集卡完成的主要功能有:
1）采集溫箱里的溫度數(shù)據(jù)，并對其進行濾波處理。
2）監(jiān)視溫度信號的變化情況，實現(xiàn)報警功能。
3）將采集到的數(shù)據(jù)通過CAN總線傳給上位機及其它節(jié)點。
采集卡帶有8279鍵盤/顯示接口，可通過手工或上位機來設定各種采集用的參數(shù)。
2．總體組成
智能采集卡主要由單片機系統(tǒng)，8279鍵盤/顯示控制芯片，譯碼驅動電路，LED，按鍵陣列，溫度傳感器DS18B20,光電隔離以及CAN總線物理接口等組成，其硬件組成原理圖見圖1。
采集卡的總體工作流程如下：
采集卡上電復位以后，首先根據(jù)默認的參數(shù)初始化CAN總線的各個寄存器及DS18B20，然后對8279及顯示LED的狀態(tài)進行初始化，接著給T0定時器裝載初值及設置中斷寄存器等。待初始化完成之后，就向主機發(fā)送控制幀，要求主機設定采樣周期、發(fā)送時間間隔、當前時間、發(fā)送主機地址、本機標識符等參數(shù)。設定完之后，就根據(jù)不同的狀態(tài)進入到不同的中斷服務程序中。
數(shù)據(jù)類型根據(jù)傳輸方向可分為上行數(shù)據(jù)（采集卡→主機）和下行數(shù)據(jù)（主機→采集卡）。
上行數(shù)據(jù)主要是采集卡采集到的溫度數(shù)據(jù)。它的處理主要經過以下幾個步驟：T89C51CC01對溫度傳感器DS18B20執(zhí)行一個其RAM存儲器操作命令完成一次溫度測量。測量結果放在DS18B20的暫存器里，然后CPU用一條讀暫存器內容的存儲器操作命令將暫存器中數(shù)據(jù)讀出，存放在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中。到滿足發(fā)送條件之后，短數(shù)據(jù)直接形成幀送到發(fā)送緩沖區(qū)，超過幀長的數(shù)據(jù)則要經過分解，打包后再送入CAN總線控制器發(fā)送緩沖區(qū)。CAN控制器通過CAN物理接口向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)，總線的所有節(jié)點都偵聽該數(shù)據(jù)，但并非所有節(jié)點都接收此數(shù)據(jù)，只有通過接收濾波的節(jié)點才接收此數(shù)據(jù)。采集卡的數(shù)據(jù)主要是發(fā)送給主機、監(jiān)控節(jié)點和相關的控制節(jié)點。當采集卡采集到的溫度數(shù)據(jù)超過報警上限、報警下限或變化速率過快的時候，采集卡還通過CAN控制器向主機發(fā)送報警信息。
下行數(shù)據(jù)主要是主機向采集卡發(fā)送的各種控制信息。雖然采集卡可以接收任何節(jié)點的信息，但它主要起的是智能傳感器的作用，所以一般只接收主機來的各種控制信息?？刂菩畔⑼ㄟ^CAN物理接口進入到CAN控制器的接收緩沖器中，采集卡根據(jù)幀類型來區(qū)分不同的控制幀并設定相應的參數(shù)，并進行相應的接收、發(fā)送處理。
3．硬件具體組成描述
1）核心CPU ―T89C51CC01
T89C51CC01主要具有以下特性：其片內具有8051內核，具有1個CAN控制器， 8路模擬量輸入的10位ADC變換器，可在系統(tǒng)編程的32K字節(jié)Flash程序存儲器，2K字節(jié)程序加載Flash程序存儲器，256字節(jié)RAM，1K字節(jié)XRAM和2K字節(jié)E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，一個21位看門狗定時器。該微控制器基于高性能的靜態(tài)結構設計，采用先進的CMOS制造工藝，包含5個端口34根雙向I/O線，3個16位定時/計數(shù)器、14個中斷源4級嵌套中斷結構、1個全雙工UART、其提供很寬的操作頻率范圍，支持12時鐘和6時鐘操作。另外，使用者可利用片上Boot加載程序，通過CAN或UART接口對該控制器進行在系統(tǒng)或在應用編程。
T89C51CC01的最顯著的一個特點是內部集成強大功能的CAN控制器。該控制器支持CAN2.Ａ和CAN 2.B協(xié)議,通過報文對象頁寄存器管理15個獨立的報文對象.每個報文對象可分別編程為發(fā)送、接收或緩沖接收的報文，并可通過標識符寄存器和標識符屏蔽寄存器來設置11位或29位標識符和標識符屏蔽碼來確定報文對象的優(yōu)先級，以及CAN控制器對該報文對象是否接收或拒絕。其通信的波特率可根據(jù)實際通信距離和需要對位定時寄存器進行設定，最大波特率可達1Mbps。T89C51CC01的結構圖如圖2所示。其P0口為8位并行I/O口，將P0.0與DS18B20連接, P4.0（TxDC）和P4.1（RxDC）與82C250連接。P3.4（T0）、P3.5（T1）和P1.0（T2）是T89C51CC01內部定時器的引腳，P3.2（INT0）和P3.3（INT1）是T89C51CC01的外部中斷引腳、低電平有效。
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