论文研究-基于CAN总线的工业通讯网络系统的设计与实现 .pdf

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基于CAN总线的工业通讯网络系统的设计与实现,杨智伟,孙明,CAN(Controller Area Network)总线是一种使用CAN 协议的串行通信网络。Silicon Laboratories公司的单片机C8051F040是完全集成的混合信号系统级芯片,
口国科技文在纯 的 之间采用 通讯。除以上设计要求外还应对现场导线进行阻抗匹, 并且进行抗干扰设计和低功耗设计,网络通讯卡的原理框图如图所示。 5V 24V 电源转换 3.3V 24V 电源转换 5V CH 隔离 CAN 抗干扰 cAN口 指示灯编码开关 驱动 网络 U 隔离 232 抗干扰 RS232 驱动 网终 图网络通讯卡原理框图 网络通讯卡的选用 单片机具有与指令集完全兼容的 内核。它在块芯片上集成了构成个单片机数据采样或控制系统所需要的几乎所 有模拟和数字外设及其它功能部件。它具有 控制器 个串行接山、个位定时器、位转换器、位转换器及位转换器等,它 内部还带有接口,使调试变得非常方便。 内部集成的控制器为 控制器。此控制器有以下几部分构成 内核、报文(与 互 独立)、报文处珥状态机制和搾制寄存器 由于 内部的控制器只是个协议控制器,不能提供物理层驱动, 所以在使用时还需外加总线驱动器,本应用中使用的是 为了进一步提高系统的抗十扰能力,在控制器引脚 和收发器 之间并不是直接相连,而是通过由高速光耦 构成的隔离电路后再与 相连,同吋采用管和压敏电阻和磁性元件等对T扰进行抑制,这样就可以很 好的实现总线上各节点的电气隔离。与上位机的 之间采用 进行电平转换, 并且与 之间也是全隔离设计。这部分增加了节点的复杂性,但它却提高了节点的稳 定性和安全性。 系统的电源采用电源模块 该模块是 宽输入电压( 双路输出的隔离电源模块。采用可恢复保险丝对总线进行短路保护。网络通讯卡的原 理图如图所小 口国科技文在纯 求 H 图网络通讯卡的原理图 口国科技文在纯 通讯网络系统的软件实现 通信部分主要完成的任务是:将现场检测到的数据传送给上位机或其它的下位机 节点;同时,上位机可以对下位机的相关参考进行设置,即下位机还须接收一定量的数据。 由此可知,此节点的通信主要包括系统初始化程序、发送程序、接收程序等。在本例 中,系统软件采用结构化程序设计方案,使其具有较好的模块性和可移植性,对于不同的系 统功能或不同的应用环境,可以方便地进行编程重组。软件沇程图入下图所示。 初始化程序主要完成对所有的报文对象进行初始化(一殷将所有值置零),对控 制寄存器 )、位定时寄存器( )进行设置,还要对发送报文对象和接收 报文对象分别进行初始化。其中,位定时寄存器的设置较为复杂,这里我们使用外部晶振为 通信速率为,得到 的初始值为 。主稈序中规定对象初 始化、发送和接收初始化,最后才启动处理机制(又 和 初始化), 下面为启动程序 指向 页面 将和置开始初始化 指向位定时寄存器进行配置 位率为 允许全局中断,和置位 清楚和位,启 状态机制 报文发送是由控制器自动完成的,用户只需根据接收到的远程帧的识别符, 将对应的数据转移到发送缓冲寄存器,然后将此报文对象的编码写入命令请求寄存器启动发 送即可,而发送由硬件来完成。这里,我们使用定吋更新发送报文对象中的数据,数据的发 送有控制器自动完成,当其收到个远程帧吋,就将具有相同识别符的数据帧发送岀去。其 发送程序结构如下: 指向 页面 向命令屏蔽寄存器写入命令 指向仲裁寄存器 指向数据场的第个字节 将字节数据写入发送缓冲器 将报文对象编号写入 报文的接收与发送一样,是由控制器自动完成的,接收程序只需从接收缓存 口国科技文在纯 器中读取接收的数据,再进行相应的处理即可。其基本方法与发送程序·致,只是接收程序 采用中断方式。在此应用中,接收程序主要接收上位机对下位机的参数设置数据,只有当修 改时才需要接收数据,所以采用中断方式处理比较合适。接收程序结构如下: 指向 页面 向命令屏蔽寄存器写入命令 指向仲裁寄存器 指向数据场的第一个字节 将字节数据写入发送缓冲器 将报文对象编号写入 结论 文中基于总线的工业网络通讯系统物理层电路完全能够使用,而且抗干扰能力较 强,已成功应用于某人型电站的工业安全系统中 总线以其稳定的特性、低廉的价格 将会被史多用户所使用,而集成于微控制器內部的控制器更是在设计过程中的首选 参考文献 邬宽明 总线原理和应用系统设「].北京:北京航空航天大学出版社 潘琢金 混合信号 微搾制器数据千册[]:新华龙电子有限公 司 童长飞 系列单片机开发与语言编程[].北京:北京航空航天大学出版社,2005 徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言 坏境编程与应用[].北京:电子工业出版社.

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