CAN總線分布式系統(tǒng)適配卡和控制單元設(shè)計(jì)

1 CAN總線分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、CAN總線適配卡和控制單元三部分構(gòu)成。其中上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用IBM-PC兼容機(jī)，主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各控制單元動(dòng)態(tài)參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。控制單元以單片機(jī)為核心，主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)SJA1000進(jìn)行操作和控制。CAN總線適配卡，可使PC機(jī)方便地連接到CAN總線上。它內(nèi)嵌微處理器、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器和雙口RAM。雙口RAM作為PC機(jī)與CAN總線適配卡的數(shù)據(jù)共享區(qū)，通過(guò)設(shè)備將其映射成PC機(jī)的物理內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)CAN與PC機(jī)的高速數(shù)據(jù)交換。CAN總線適配卡上帶有光電隔離，可增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中的抗干擾能力?？偩€兩端各有1個(gè)電阻R（約120Ω）起總線阻抗匹配作用。

2 CAN適配卡的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

CAN適配卡的硬件組成框圖如圖2所示，由ISA接口、雙口RAM、CPU、CAN通信控制器SJA1000、CAN總線接口82C250等組成。由于帶有片上CAN控制器的單片機(jī)都含較多的I/O線、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、A/D等功能，往往較復(fù)雜，因此微處理器使用價(jià)廉的AT89C51單片機(jī)。為了進(jìn)一步提高抗干擾措施，在2個(gè)CAN器件之間使用了由高速隔離器件6N137構(gòu)成的隔離電路。光耦兩側(cè)應(yīng)采用DC-DC隔離電源。硬件電路中使用82C250的目的是為了增大通信距離。要實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳送，必須在PC機(jī)和適配卡上的MPU之間建立起雙向的數(shù)據(jù)交換通道。通過(guò)ISA總線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換有多種實(shí)現(xiàn)方法。本適配卡采用集成雙口RAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。由于CAN信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)（8字節(jié)數(shù)據(jù)），雙口RAM的容量要求并不大，本卡選用2K×8位的帶中斷請(qǐng)求信號(hào)INT和忙信號(hào)BUSY的IDT7132。具體的連接電路如圖3、圖4所示。上位PC機(jī)對(duì)雙口RAM的尋址方式采用I/O尋址方式，使用的控制線為IOW和IOR。為避免產(chǎn)生讀寫(xiě)錯(cuò)誤，使用雙口RAM的關(guān)鍵是處理好爭(zhēng)用現(xiàn)象。IDT7132提供了中斷判優(yōu)和硬件判優(yōu)兩種方式。當(dāng)兩端口爭(zhēng)用同一地址單元時(shí)，由片內(nèi)硬件電路，根據(jù)兩邊的地址、片選、讀寫(xiě)信號(hào)到達(dá)先后順序，裁決哪個(gè)端口有使用權(quán)。如左端口優(yōu)先使用，則自動(dòng)將右端口的BUSYR信號(hào)拉為低電平，通知右側(cè)暫停讀寫(xiě)操作。在本適配卡中，由于8031沒(méi)有READY信號(hào)，可以將此信號(hào)接至8031的P1.0上。當(dāng)8031發(fā)出讀寫(xiě)IDT7132命令時(shí)，根據(jù)P1.0口的值就可判斷對(duì)IDT7132讀寫(xiě)是否存在沖突。當(dāng)P1.0的值為0時(shí)，存在沖突，必須重發(fā)讀寫(xiě)IDT7132的命令。由于ISA總線既沒(méi)有READY信號(hào)，也沒(méi)有通用的I/O引腳，因此將BUSYL信號(hào)通過(guò)三態(tài)門(mén)接至ISA數(shù)據(jù)線的最低位D0。用ISA總線的一個(gè)空閑I/O端口打開(kāi)三態(tài)門(mén)，通過(guò)D0讀取BUSYL的狀態(tài)。