PIC單片機(jī)的RS-232串口轉(zhuǎn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信適配卡設(shè)計(jì)

CAN總線-控制器局部網(wǎng)(CAN)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(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(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可概括如下：CAN為多主方式工作。在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，各節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)。采用非破壞總線仲裁技術(shù)。只需通過對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式傳送接收數(shù)據(jù)。直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)零10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可達(dá)到1Mbps(此時(shí)通訊距離最長(zhǎng)為40m)。CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)。報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受到干擾的概率低。每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)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(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，使得其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。它具有較高的性能價(jià)格比。CAN協(xié)議是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模式基礎(chǔ)上的，由于CAN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又是范圍較小的局域網(wǎng)，因此不需要其他中間層，應(yīng)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(shí)時(shí)控制信號(hào)的傳送。

本實(shí)驗(yàn)通信網(wǎng)絡(luò)通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的CAN-RS-232通信適配卡，可掛接在通信網(wǎng)絡(luò)的任一節(jié)點(diǎn)位置，對(duì)于通過RS-232總線連入CAN網(wǎng)絡(luò)的PC，可用WINDOWS自帶的超級(jí)終端或者我們用VC編寫的串口操作程序來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，及一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議里的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程請(qǐng)求幀的傳送所謂遠(yuǎn)程請(qǐng)求幀就是接收端通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀啟動(dòng)其資源節(jié)點(diǎn)傳送它們各自的數(shù)據(jù)，板卡還可實(shí)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(jī)CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

板卡電路主要由四部分組成：PIC16F877A單片機(jī)、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000T、CAN總線驅(qū)動(dòng)器TJA1050和RS-232總線驅(qū)動(dòng)器MAX232。主要實(shí)現(xiàn)基于CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)通過RS-232把Pc作為終端接人CAN總線以及采集模擬信號(hào)并通過CAN總線上傳給上位機(jī)。SJA1000T是集成的獨(dú)立CAN控制器(與PHILIPS早期的CAN控制器PCA82C200完全兼容)，它負(fù)責(zé)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(duì)于微處理器來(lái)說，它相當(dāng)于一個(gè)存儲(chǔ)器I/O 映象設(shè)備。由于CAN控制器和微控制器內(nèi)部都有自己的時(shí)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(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘，并將微控制器的時(shí)鐘輸出作為CAN控制器的時(shí)鐘輸入；SJA1000T的中斷輸出信號(hào)/INT接到單片機(jī)的INT中斷，但也可通過查詢方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與CAN控制器的通信；為了使CAN控制器和微控制器能同時(shí)可靠的復(fù)位，外加了手動(dòng)復(fù)位電路。

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

1.1 CAN通信模塊

SJA1000T的AD0～AD7是地址、數(shù)據(jù)復(fù)合總線，與PIC16F877A的PORTD端口相連，即單片機(jī)通過SJA1000T的這個(gè)并口來(lái)傳遞數(shù)據(jù)和地址；需要注意的是51系列的單片機(jī)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(lái)模擬控制，在本系統(tǒng)中SJA1000T的ALE、CS、RD 、WR分別與單片機(jī)的RC0-RC3引腳相連，即用RC0-RC3來(lái)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(yīng)用在波特率范圍從60kbps到1Mbps。TJA1050可以為總線提供差動(dòng)的發(fā)送功能，為CAN控制器提供差動(dòng)的接收功能，而且完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。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(dòng)器TJA1050，而TJA1050則通過兩個(gè)有差動(dòng)接收和發(fā)送能力的總線終端連接到CAN總線?？偩€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(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于汁算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近端連接 完整的RS-232接口有25根線，一般在計(jì)算機(jī)串口采用簡(jiǎn)化的9芯插頭座：工作時(shí)，應(yīng)保證電平在±(5-15)V之問。因此為了能夠同計(jì)算機(jī)或控制器的TTL器件連接，必須在RS-232與TTL電路之問進(jìn)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(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232電平轉(zhuǎn)換。RS-232模塊的原理圖見圖3。