PIC單片機的RS-232串口轉(zhuǎn)工業(yè)現(xiàn)場總線通信適配卡設計

CAN總線-控制器局部網(wǎng)(CAN)國際標準(ISO11898)。CAN總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其特點可概括如下：CAN為多主方式工作。在報文標識符上，各節(jié)點分成不同的優(yōu)先級。采用非破壞總線仲裁技術(shù)。只需通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點方式傳送接收數(shù)據(jù)。直接通信距離最遠可達零10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可達到1Mbps(此時通訊距離最長為40m)。CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達110個。報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受到干擾的概率低。每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，使得其他節(jié)點的操作不受影響。它具有較高的性能價格比。CAN協(xié)議是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模式基礎上的，由于CAN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，又是范圍較小的局域網(wǎng)，因此不需要其他中間層，應用層數(shù)據(jù)直接取自數(shù)據(jù)鏈路層或直接向鏈路層寫數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)層次少，有利于系統(tǒng)中實時控制信號的傳送。

本實驗通信網(wǎng)絡通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)，設計的CAN-RS-232通信適配卡，可掛接在通信網(wǎng)絡的任一節(jié)點位置，對于通過RS-232總線連入CAN網(wǎng)絡的PC，可用WINDOWS自帶的超級終端或者我們用VC編寫的串口操作程序來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)點對點，及一點對多點的通信，實現(xiàn)CAN協(xié)議里的數(shù)據(jù)幀和遠程請求幀的傳送所謂遠程請求幀就是接收端通過發(fā)送遠程幀啟動其資源節(jié)點傳送它們各自的數(shù)據(jù)，板卡還可實現(xiàn)10位精度的A/D轉(zhuǎn)換并將得到的數(shù)據(jù)通過CAN總線上傳給上位機CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1、系統(tǒng)硬件設計

板卡電路主要由四部分組成：PIC16F877A單片機、獨立CAN通信控制器SJA1000T、CAN總線驅(qū)動器TJA1050和RS-232總線驅(qū)動器MAX232。主要實現(xiàn)基于CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸，同時通過RS-232把Pc作為終端接人CAN總線以及采集模擬信號并通過CAN總線上傳給上位機。SJA1000T是集成的獨立CAN控制器(與PHILIPS早期的CAN控制器PCA82C200完全兼容)，它負責完成CAN總線通信協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。對于微處理器來說，它相當于一個存儲器I/O 映象設備。由于CAN控制器和微控制器內(nèi)部都有自己的時鐘產(chǎn)生電路，為了讓兩者之間協(xié)調(diào)，外加了10M 晶振在微控制器上作為整個系統(tǒng)的時鐘，并將微控制器的時鐘輸出作為CAN控制器的時鐘輸入；SJA1000T的中斷輸出信號/INT接到單片機的INT中斷，但也可通過查詢方式實現(xiàn)單片機與CAN控制器的通信；為了使CAN控制器和微控制器能同時可靠的復位，外加了手動復位電路。

PIC16F877A單片機是目前使用非常廣泛的中端單片機，在本系統(tǒng)中，它主要是用于控制CAN控制器SJA1000T，對SJA1000T進行初始化和讀/寫操作以及將從CAN總線或從RS-232總線傳來的數(shù)據(jù)進行打包處 后再轉(zhuǎn)傳到RS-232總線或CAN總線上，即對兩個總線上的數(shù)據(jù)流按照協(xié)議進行處理和傳送。下位機的單片機主要是采集模擬信號并實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并通過CAN總線上傳給上位機。

1.1 CAN通信模塊

SJA1000T的AD0～AD7是地址、數(shù)據(jù)復合總線，與PIC16F877A的PORTD端口相連，即單片機通過SJA1000T的這個并口來傳遞數(shù)據(jù)和地址；需要注意的是51系列的單片機有專門的讀、寫和地址鎖存的引腳，而PIC16F877A并沒有，所以我們只能用其他端口來模擬控制，在本系統(tǒng)中SJA1000T的ALE、CS、RD 、WR分別與單片機的RC0-RC3引腳相連，即用RC0-RC3來控制SJA1000T的地址鎖存、片選和讀/寫操作。

TJA1050是CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，主要應用在波特率范圍從60kbps到1Mbps。TJA1050可以為總線提供差動的發(fā)送功能，為CAN控制器提供差動的接收功能，而且完全符合ISO11898標準。CAN控制器SJA1000T通過一條串行數(shù)據(jù)輸出線TxD 和一條串行數(shù)據(jù)輸人線RxD 連接到CAN總線驅(qū)動器TJA1050，而TJA1050則通過兩個有差動接收和發(fā)送能力的總線終端連接到CAN總線。總線終端為120歐的電阻，其作用為匹配總線阻抗，提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性。CAN通信模塊的原理圖見圖2。

1.2 RS-232模塊

RS-232標準是美國EIA電子工業(yè)聯(lián)合會制定的一種串行物理接口標準，廣泛用于汁算機與終端或外設之間的近端連接 完整的RS-232接口有25根線，一般在計算機串口采用簡化的9芯插頭座：工作時，應保證電平在±(5-15)V之問。因此為了能夠同計算機或控制器的TTL器件連接，必須在RS-232與TTL電路之問進行電平和邏輯關(guān)系的變換。常用的轉(zhuǎn)換芯片是MAX232。MAX232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，只需5V電源便可實現(xiàn)TTL電平與RS-232電平轉(zhuǎn)換。RS-232模塊的原理圖見圖3。