四通道位置控制的CAN總線節(jié)點設計與實現(xiàn)

摘    要：本文介紹了一種基于單片機系統(tǒng)的CAN總線接口系統(tǒng)，通過將CAN總線上的數(shù)字指令轉(zhuǎn)換為模擬控制信號，送給已有的四路電動伺服模擬控制系統(tǒng)。該方案實現(xiàn)了四通道位置控制的CAN總線節(jié)點設計。
關鍵詞：CAN總線；位置隨動系統(tǒng)；D/A轉(zhuǎn)換；多路模擬開關

概述
根據(jù)課題要求，并經(jīng)充分考慮CAN總線數(shù)據(jù)通訊的特點、四個通道位置控制規(guī)律及實際工程的環(huán)境與條件之后，設計了一個CAN總線節(jié)點，并利用四個通道的控制信號來實施四路位置控制。該系統(tǒng)的結構關系如圖1所示，根據(jù)該圖可以把本文中要描述的系統(tǒng)劃分為三個部分：CAN總線接口電路、單片機系統(tǒng)、D/A轉(zhuǎn)換電路。CAN總線接口電路主要提供CAN總線物理層通訊協(xié)議所要求的電氣連接，保證可靠通訊；單片機系統(tǒng)是本CAN總線節(jié)點的中樞，主要是控制和協(xié)調(diào)各部分的正常工作，并按算法計算形成四通道的控制信號；D/A轉(zhuǎn)換電路則要把單片機所形成的四個通道的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)化為四路模擬控制信號去驅(qū)動四路的電機控制系統(tǒng)，同時要保證系統(tǒng)允許的延時和信號的線性度，最終完成對四通道的位置控制。

硬件設計
CAN總線接口電路設計
完整的接口電路原理圖如圖2所示，該電路包含了CAN總線協(xié)議控制芯片SJA1000(與PCX82C200兼容)和CAN總線驅(qū)動芯片82C250以及它們各自的外圍電路。在此只討論實現(xiàn)過程中幾個具體問題。
片選信號：總體方案設計中確定了本系統(tǒng)地址空間的分配，CAN總線接口電路占用了C000~DFFF。為了有效利用已有的邏輯芯片，采用線選法產(chǎn)生片選信號CanSelt。片選信號CanSelt低電平有效。
總線連接：由于SJA1000本身具有分時復用的8位地址數(shù)據(jù)總線，并且引腳3、引腳5以及引腳6分別對應單片機地址鎖存信號ALE、讀信號和寫信號，因此可以直接與80C196KC單片機的地址數(shù)據(jù)總線、控制總線對應連接。
中斷信號：當SJA1000進行總線通信，需要單片機參與處理時，就在引腳16產(chǎn)生一個中斷信號。這些觸發(fā)中斷的事件包括總線上成功接收到有效數(shù)據(jù)幀、成功發(fā)送數(shù)據(jù)幀、CAN協(xié)議芯片被其它CAN節(jié)點喚醒、接收緩沖區(qū)超限以及總線狀態(tài)出錯等。引腳16平時維持高電平，中斷時產(chǎn)生一個負跳變信號。由于80C196KC單片機的外部中斷正跳變信號有效，所以SJA1000的中斷信號要經(jīng)過一個非門再送到單片機的外部中斷引腳。但在實際電路中，無中斷產(chǎn)生時，SJA1000的引腳16是觀察不到高電平的，只能觀察到0.7V~0.8V的電平信號。這是因為高電平被下級的非門導通拉低所致，不影響正常使用。
多路D/A轉(zhuǎn)換通道電路設計
CAN總線是一種串行總線，總線上傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)字信號，而已有的電機控制系統(tǒng)是模擬控制系統(tǒng),因此需要設計D/A轉(zhuǎn)換電路來解決這一問題。在D/A轉(zhuǎn)換接口設計中主要考慮的問題是D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇、數(shù)字量的碼輸入及模擬量的極性輸出、參考電壓電流源、模擬電量輸出的調(diào)整與分配等?；谏鲜鲆蛩?，本設計電路結構如圖3所示。在該結構中采用同一個D/A轉(zhuǎn)換芯片分時、分別對各路信號進行D/A轉(zhuǎn)換，再由一個多路采樣保持電路將轉(zhuǎn)換結果分時提取，并送到各路模擬信號通道。
由于電機模擬控制系統(tǒng)的性能指標如下：
輸入/輸出關系：輸入為