CAN總線與PC機(jī)串口通信適配器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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CAN總線(Controller AreaNetwork，控制器局域網(wǎng))具有高性能、高可靠性、高性價(jià)比、連接方便、實(shí)時(shí)性好及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)等突出優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于許多工業(yè)部門，目前已成為比較流行的一種現(xiàn)場總線，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。而實(shí)際應(yīng)用中PC機(jī)與CAN總線的人機(jī)交互設(shè)計(jì)尤為重要，它直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行和結(jié)果，其連接方法也成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通常采取3種連接方式：RS-232串行口通信、PCI卡、USB口通信，由于串行通信端口在系統(tǒng)控制領(lǐng)域中一直扮演著極為重要的角色，以其開發(fā)簡單，資源豐富，成本低，無需驅(qū)動(dòng)程序等諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅沒有被淘汰，反而在規(guī)格上更先進(jìn)，故應(yīng)用廣泛。結(jié)合設(shè)計(jì)中AT89C51單片機(jī)有串行通信口且接口簡單的特點(diǎn)，選用RS-232作為CAN總線與PC機(jī)之間的連接方式。將就這一基于CAN控制器SJA1000與AT89C51的具有通用性的工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟硬件設(shè)計(jì)方案作詳細(xì)介紹。
CAN總線及CAN控制器SJA1000簡介
CAN總線最初是德國Bosch公司在1986 年為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)通訊總線。CAN總線與其它通信網(wǎng)的顯著不同之處在于：
(1)報(bào)文傳送中不包含目標(biāo)地址，它是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，各接收站根據(jù)報(bào)文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標(biāo)識(shí)符過濾報(bào)文，該收的收下，不收的棄用。其好處是可線上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收。
(2)特別強(qiáng)化了對(duì)數(shù)據(jù)安全性的關(guān)注，滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。另外CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，借助接收濾波的多地址幀傳送，受干擾概率低，每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施。響應(yīng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求，配置靈活，具有全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性。節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前最多可達(dá)110個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN總線符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，通信速率高，最大傳輸速率可達(dá)1Mbit/S，最大傳輸距離為10km，傳輸介質(zhì)可為雙絞線?；贑AN總線以上的特點(diǎn)，把它應(yīng)用于系統(tǒng)分布比較分散且需要在同一總線上掛接多個(gè)節(jié)點(diǎn)的場合是非常適合的。
目前廣泛流行的CAN總線器件有兩大類：一類是獨(dú)立的CAN控制器，如PhilipS公司的PCA82C200，SJA1000及Intel82256/82257等;另一類是帶有在片CAN的微控制器，如P8XC582等。其中Philips公司的PCA82C200是符合CAN2. 0A協(xié)議的總線控制器，SJA1000是它的替代產(chǎn)品，它是應(yīng)用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨(dú)立CAN總線控制器。具有完成CAN通信協(xié)議所要求的全部特性。經(jīng)過簡單總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設(shè)計(jì)和PCA82C200的基本CAN模式(BasicCAN)兼容。同時(shí)，新增加的增強(qiáng)CAN模式( PeliCAN)還可支持CAN2. 0B協(xié)議。根據(jù)當(dāng)前市場開發(fā)工具和課題的實(shí)際需要，選用SJA1000作為CAN控制器，同時(shí)使用了CAN控制器接口芯片PCA82C250。
SJA1000有兩種工作模式：基本模式和增強(qiáng)模式。在基本模式下，SJA1000只可收發(fā)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀(標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)符為11位)，且錯(cuò)誤報(bào)警的極限值不能修改;在增強(qiáng)模式下，SJA1000既可接收標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，也可接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀(擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)符為29位)，可修改錯(cuò)誤報(bào)警的極限值，并且SJA1000具有更加靈活的濾波方式，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)符有選擇地接收一些數(shù)據(jù)幀。另外，增強(qiáng)模式下的SJA1000能夠進(jìn)行自檢，即可通過自發(fā)自收一組報(bào)文來判斷該控制節(jié)點(diǎn)是否正常地掛在CAN總線上。使用者所要做的主要工作是SJA1000的初始化，收發(fā)報(bào)文的處理以及對(duì)節(jié)點(diǎn)脫離總線的檢測量與處理。
RS-232標(biāo)準(zhǔn)
串行通信由于接線少、成本低，在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，1969年，美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)( EIA)公布了RS-232C作為串行通信接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)間按位串行傳輸?shù)慕涌谛畔ⅲ侠戆才帕私涌诘碾姎庑盘?hào)和機(jī)械要求，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計(jì)
該適配器利用RS-232串行通信口及CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與各智能節(jié)點(diǎn)間的通信任務(wù)，包括控制臺(tái)(上位機(jī))向下傳輸命令和下位機(jī)數(shù)據(jù)的返回，以完成對(duì)下層設(shè)備的監(jiān)控。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。PC機(jī)通過RS-232與CAN控制器SJA1000通信，實(shí)現(xiàn)信息在CAN總線上的發(fā)送與接收。底層各智能節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用的不同具有不同功能，但都具有與CAN總線通信能力可以上傳數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。
CAN總線接口硬件設(shè)計(jì)
圖2為CAN總線通信接口適配器硬件設(shè)計(jì)簡圖。
PCA82C250提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收功能，也增大了通信距離，提高了系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾(RFI)，實(shí)現(xiàn)了熱防護(hù)等功能。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)分PC機(jī)Visual BasiC編程和AT89C51單片機(jī)C語言編程2部分。
PC機(jī)部分
采用VB6. 0編程，這樣界面非常直觀，人機(jī)交互效果好。VB提供了具有通訊功能的MSComm. OCX控件，該控件可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，對(duì)串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。MSComm控件提供2種處理通訊的方式：(1)事件驅(qū)動(dòng)通訊，即發(fā)送或接收數(shù)據(jù)過程中觸發(fā)ONCOMM事件，通過編程訪問CommEvent屬性了解通信事件的類型，分別進(jìn)行各自的處理；(2)查詢方式，通過檢查CommEvent屬性的值來查詢事件和錯(cuò)誤。采取查詢方式?？丶﨧SComm是將RS-232的初級(jí)操作予以封裝，用戶以高級(jí)的BasiC語法即可利用RS-232與外界通信并不需要了解其他有關(guān)的初級(jí)操作，因此使用方便。
MSComm控件初始化：
MSComm1. CommPort= 2 設(shè)置串口2
MSComm1. SettingS=“9600，N，8，1” 設(shè)定工作方式
MSComm1. InBufferSize = 10 根據(jù)1次傳1個(gè)CAN幀，設(shè)置輸入緩沖區(qū)大小
MSComm1. InputMode = 1 二進(jìn)制形式接收
MSComm1. InputLeN= 0 一次讀出輸入緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)
MSComm1. OutBufferSize = 10 輸出緩沖區(qū)大小的設(shè)置
MSComm1. OutBufferCount= 0 清空輸出緩沖區(qū)
MSComm1. PortOpeN= True 打開串口
PC機(jī)與單片機(jī)MSC51之間的通信約定如下：一般情況下PC與多個(gè)MSC51單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行主從式通信，其方案是MSC51采用串口工作方式3，即11位異步接收/發(fā)送方式，有效數(shù)據(jù)為9位，其中第9位為地址/數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，以此區(qū)分各從機(jī)。但現(xiàn)在PC機(jī)采用VB編程，其MSComm控件為標(biāo)準(zhǔn)的10位串口通信，包括8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的起始位和停止位。將單片機(jī)串口設(shè)為工作方式1，即改為10位異步接收/發(fā)送方式，通訊流程如下：
通訊時(shí)首先發(fā)通信開始標(biāo)志，接著發(fā)送各下位機(jī)單片機(jī)的地址信號(hào)和芯片的片選信號(hào)，然后發(fā)送單片機(jī)的工作命令字。再往下即進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理功能模塊，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行效驗(yàn)。這個(gè)通訊流程非常簡便，實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與單片機(jī)之間的主從式通訊。
評(píng)論