基于80C196KC的CAN總線智能數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

圖3

設(shè)Vs為傳感器的信號電壓，Vn1、Vn2為外部噪聲源在電纜線上的感應(yīng)噪聲信號，Vns為電路噪聲。因此，差分放大器輸出電壓Vo為：

V_o=A(V₁-V₂)=A(V_s+V_ns+(V_n1+V_n2))；如果噪聲源與信號源頻譜不重疊，則經(jīng)低通濾波電路后：V_f≈AV_s。

GAL譯碼電路
本模塊電路中，單片機(jī)擴(kuò)展外圍器件較多，有程序存儲器AT28C256、CAN控制器SJA1000、并口擴(kuò)展82C55A和A/D轉(zhuǎn)換AD1674。196單片機(jī)在模塊中主要工作于8位總線寬度下，由于AD1674采用了12位并行輸出模式，因此還需動態(tài)改變總線寬度。為了簡化電路，以及適應(yīng)196單片機(jī)較高總線速度的要求，譯碼電路放棄了傳統(tǒng)的門電路組合的方法，采用了可多次編程的通用陣列邏輯器件(generic array logic)GAL16V8。這樣可以減少元器件數(shù)量、降低線路復(fù)雜程度，同時降低故障機(jī)率及提高硬件設(shè)計的靈活性。

GAL16V8引腳分配及邏輯表達(dá)式如下：
Input device‘P16V8AS’；
WR，RD，CAN，A12，A13，A14，A15，ADC
pin2，3，4，5，6，7，8，9；
BUSWIDTH，CSCAN，INTCAN，CEROM，CSADC， CS8255，NTADC，EADC
pin19，18，17，16，15，14，13，12；

EQUATIONS
!CEROM=!A15!A14A13!A12#
!A15!A14A13A12
#!A15A14!A13!A12#!A15
A14!A13A12
#!A15A14A13!A12#!A15
A14A13A12
#A15!A14!A13!A12#A15!
A14!A13A12；
!CSCAN=A15!A14A13!A12；
!CS8255=A15!A14A13A12；
!CSADC=A15A14!A13!A12；
BUSWIDTH=A15A14!A13!A12；
!INTCAN=CAN；
!INTADC=ADC；
!CEADC=WRRD；

由上述邏輯表達(dá)式可以看出，外圍器件地址基地址由最高4位地址A12～A15決定，AT28C256、SJA1000、82C55A及AD1674對應(yīng)基地址分別為：2000H，A000H，B000H，C000H。當(dāng)選通AD1674時，單片機(jī)總線寬度控制引腳BUSWIDTH將置為高，動態(tài)調(diào)整到16位總線寬度，其余時刻，BUSWIDTH為低，單片機(jī)保持8位總線寬度。INTCAN和INTADC分別是對SJA1000和AD1674中斷請求信號取反。GAL表達(dá)式文件用ABEL軟件編譯形成JED文件，使用通用編程器燒入芯片，且可反復(fù)多次燒寫，方便調(diào)試。

軟件編程

控制軟件的合理設(shè)計是模塊實時、有效地完成數(shù)據(jù)采集及通信任務(wù)的關(guān)鍵，主要包括系統(tǒng)初始化、CAN信息處理、數(shù)據(jù)采集及處理等功能模塊。系統(tǒng)開放一個定時中斷，定時時間對應(yīng)上位機(jī)發(fā)送來的采樣周期。CAN報文的接收主要有2種方式：中斷和查詢方式。為提高系統(tǒng)的實時性，同時也保證接收緩沖器不出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象，模塊中采用中斷接收方式。CAN報文發(fā)送采用查詢方式，即當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，將預(yù)先組織好的數(shù)據(jù)幀按字節(jié)寫入SJA1000的發(fā)送緩沖寄存器中。

SJA1000的初始化主要是在SJA1000的復(fù)位模式下設(shè)置相應(yīng)寄存器。在初始化CAN內(nèi)部寄存器時應(yīng)注意同一網(wǎng)絡(luò)中各模塊的通信速率的設(shè)置應(yīng)一致。下面給出SJA1000工作在BasicCAN模式下的簡單的初始化源程序：

INIT-SJA1000：
LDB　AL，　#01H
STB　AL，　REG-CR??；復(fù)位SJA1000
LDB　AL，　#0AAH
STB　AL，　REG-OCR?。辉O(shè)置輸出寄存器為普通輸出模式
LDB　AL，　#048H
STB　AL，　REG-CDR?。皇鼓軆?nèi)部比較器，禁止時鐘輸出
STB　#01H，　REG-BTR0??；設(shè)置波特率為
250K(使用16M晶振)
STB　#1CH，　REG-BTR1
LDB　AL，　#00H
STB　AL，　REG-ACR??；設(shè)置驗收碼寄存器
LDB　AL，　#0FFH
STB　AL，　REG-AMR??；設(shè)置驗收屏蔽碼寄存器
LDB　AL，　REG-CR
ANDB　AL，　#0FEH　；SJA1000退出復(fù)位模式
LDB　AL，　#02H
STB　AL，　REG-CR　；設(shè)置中斷寄存器，使能
接收中斷
RET
以上程序段可以正確初始化SJA1000，為了提高程序可靠性和容錯性，實際應(yīng)用中應(yīng)該讀出SJA1000寄存器內(nèi)容并加以比較，從而判斷是否正確寫入。

結(jié)束語

基于以上所述的軟、硬件設(shè)計實現(xiàn)了CAN協(xié)議所包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，由于CAN總線協(xié)議沒有定義應(yīng)用層，因此在實際的應(yīng)用中有必要定義高層通信協(xié)議，即相應(yīng)的命令、參數(shù)和數(shù)據(jù)的格式。國際上比較流行的基于CAN底層協(xié)議的高層協(xié)議有DeviceNet和CANopen，我們在簡單應(yīng)用中，采用了自定義的簡單通信協(xié)議，在此不作敘述。設(shè)計的智能數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)用于電液伺服控制系統(tǒng)以來，運行情況良好，由于CAN總線的應(yīng)用，大大提高了分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性和實時性，建立了一個有效的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實驗教學(xué)平臺。同時該數(shù)據(jù)采集模塊也可以方便地移植到工業(yè)上的其它控制系統(tǒng)中，與其它基于CAN總線的智能控制模塊組成CAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。