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基于ADμC812的CAN总线智能节点的设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了一种用单片机ADμC812、CAN总线控制器SJA1000和CAN总线驱动器POA82C250组成的CAN总线智能节点的设计方案,给出了该节点的硬件结构和软件设计方法,同时介绍了CAN总线的主要特点。

    关键词:CAN总线;ADμC812;数据采集卡

1 引言

CAN(Controller Area Network)总线协议最初是以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,它是一种支持分布式实时控制系统的串行通信局域网。目前,CAN总线以其高性能、高可靠性、实时性等优点,而被广泛应用于控制系统中的检测和执行机构之间的数据通信中。CAN总线具有以下一些技术特性:

●多主方式工作,采用非破坏性的基于优先权的总线仲裁技术;

●借助接收滤波可实现多地址的帧传送;

●数据采用短帧结构,抗干扰性强,数据帧的信息CRC校验及其它错误检测措施完善;

●发送期间丢失仲裁或由于出错而遭破获的帧可以自动重发;

●严重错误时可自动关闭总线功能,以使总线其它操作不受影响。
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    CAN总线符合ISO11898标准,最大传输速率为1MB/s时传输距离最大为40m;传输速率为5kB/s时的最大传输距离为10km。CAN总线的传输介质可为双绞线、同轴电缆等。由于CAN总线是一种很有发展前景的现场总线,因此得到了国际上很多大公司的支持,加之基于CAN总线的硬件接口简单,编程方便,系统容易集成。因此它特别适用于系统分布比较分散、实时性要求高、现场环境干扰大的场合。

2 系统结构

由于CAN总线采用多主方式工作,所以它具有与DCS控制系统不一样的拓扑结构。其控制系统的构成由计算机和智能节点组成,图1所示是其系统结构。该系统最大的特点就是所有的节点(包括上位PC机)都能以平等的地位挂接在总线上。一个CAN总线节点通常至少包括三个部分,即负责节点任务控制的单片机、CAN总线控制器以及CAN总线收发器。本文给出的就是一个可完成数据采集功能的CAN节点的设计方法。

3 CAN节点的硬件设计基于ADμC812的CAN总线智能节点的设计

本CAN节点的电路原理简图如图2所示。该电路的三个核心器件是单片机ADμC8121、独立的CAN总线控制器SJA1000和CAN总线驱动器PCA82C250。其中SJA10002和PCA82C250两者的组合应用已经在很多CAN总线节点的设计中用到,而本设计的特点就在于,它是根据要完成数据采集功能这一具体要求来选用微控制器ADμC812。图2中的串行接口芯片MAX232作为ADμC812与PC机的串口连接,它的使用是由该单片机的调试特点决定的。

ADμC812是高度集成、高精度12位数据采集系统,该产品在其内核中集成了带有片内可重编程非易失性闪速/电擦除程序存储器的高性能8位(与8051兼容)MCU和多通道(8个输入通道)12位ADC。

由于ADμC812只需要通过其串口模块和计算机的串口进行连接,而不需要额外的仿真器,因而可利用ADI公司的QUICKSTART软件来实现程序的在线下载、在线调试和在线仿真,从而极大地提高了工作效率。这也是本设计使用MAX232的原因。

该系统在工作时,首先将从前面传感器送来的工业标准信号(4~20mA或1~5V)通过调理电路变为0~2.5V的模拟电压信号输入至ADμC812的P0.0~P0.7 (AD0~AD7)引脚(根据实际情况确定所需AD端口的数量),然后通过程序控制,再将A/D转换所得的数字信息通过SJA1000和PCA82C250送到CAN总线上的相关节点。

SJA1000作为微控制器的片外扩展芯片,其片选引脚CS应接在微控制器的P2.0上,以用于决定CAN控制器各寄存器的地址。SJA1000通过CAN总线驱动器PCA82C250连接在物理总线上。PCA82C250器件可提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接受能力,它同时完全和“ISO11898”标准兼容。为进一步提高系统的抗干扰能力

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