基于CAN總線(xiàn)模塊的網(wǎng)絡(luò )測控系統的實(shí)現

基于 CAN總線(xiàn)的分布式測控卡主要由單片機 C8051F060,輸入/輸出電路、電源電路、人機接口和通信接口幾部分組成。測控卡的工作原理如下：C8051F060單片機是完全集成的混合信號片上系統型 MCU，是數據采集與實(shí)施控制的理想微型控制器。它集成了兩個(gè) 16位、1Msps的模擬/數字轉換器，且帶有 DMA控制器 ;集成有兩個(gè) 12位數字/模擬轉換器，具有可編程數據更新方式；集成有控制器局域網(wǎng)(CAN2.0B)控制器，具有 32個(gè)消息對象，每個(gè)消息對象有自己的標識掩碼。工業(yè)現場(chǎng)設備的狀態(tài)參數通過(guò) I/V轉換成電壓信號， C8051F060單片機采集此信號后，通過(guò) CAN總線(xiàn)發(fā)送給上級網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，同時(shí)上級網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)下傳的命令和參數經(jīng) DAC和 V/I轉換電路轉換成 0-20mA的電流信號，控制現場(chǎng)設備。人機界面提供系統狀態(tài)與操作人員的友好交流平臺，且備用了一路 RS-232異步串行通信總線(xiàn)。
本測控卡的微處理器是新華龍公司生產(chǎn)的單片機 C8051F060，該系列芯片是集成在一塊芯片上的混合信號系統級單片機，其內核是與 MCS-51指令集完全兼容的 CIP-51微控制器內核，可以使用標準 803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。
在設計該測控卡時(shí)，為了增加系統的靈活性，將測控卡設計成了兩塊 PCB插接在一起的方式。C8051F060，JTAG接口及其晶振獨立出來(lái)，設計在一塊板子上稱(chēng)為核心板，系統的其他應用設計在另一塊板子上稱(chēng)為應用板。核心板已構成了最簡(jiǎn)單片機系統，可以在不需要外圍電路的基礎進(jìn)行程序的下載和調試；而應用板則可根據系統的需要靈活設計外圍電路，這樣，對于不同系統的應用需要只需修改應用板就可以了。
2.2 JTAG調試接口與晶振電路
在 C8051F系列單片機片內都有一個(gè) JTAG接口和邏輯，在上位機軟件的支持下，PC機通過(guò) JTAG接口直接對控制系統進(jìn)行在系統仿真調試。它不僅支持 FLASH ROM的讀/寫(xiě)操作以及非侵入式在系統調試，而且還為 JTAG邏輯在系統測試提供了邊界掃描功能。 C8051F系列單片機上的四個(gè)引腳 TDI, TDO, TMS, TCK與調試工具串口適配器(RS232到 JTAG的接口模塊)直接相連，進(jìn)行程序的下載和調試。圖 2 (a)是 JTAG調試接口。
C8051F060單片機包括一個(gè)可編程內部振蕩器和外部振蕩器驅動(dòng)電路，系統可以由外部振蕩器電路或內部振蕩器分頻提供。系統復位后可編程內部振蕩器被默認為系統時(shí)鐘，且對應 24.5MHz的基頻。而外部振蕩器電路可以驅動(dòng)外部晶體、陶瓷諧振器、電容或 RC網(wǎng)絡(luò )，也可以使用一個(gè)外部 CMOS時(shí)鐘提供系統時(shí)鐘。為了使串行通信接口的波特率精確更高，本測控卡使用了外部 11.0592MHz的晶振，并可用 l0MΩ電阻并聯(lián)到晶振的兩端，使系統更容易起振，如圖 3(b)所示。

2.4 電源電路
C8051F060單片機的工作電壓為+3.3V，測控系統中還使用了 5V器件，本文設計了如圖 3所示的電源電路。首先 220V交流電經(jīng)濾波器進(jìn)行共模濾波和差模濾波，為了降低電源工作時(shí)的電磁輻射，將交流電整流成高壓直流電，然后進(jìn)入電源模塊 HAT15-05H12-WFCI得到輸出+5V和一個(gè)+12V的兩路直流電壓。+12V供 ADC電路和 DAC電路單元使用，另一路 5V電源供 MAX202等 5V器件使用。3.3V電源部分采用了 LDO芯片 SPX1117M3-3.3，其特點(diǎn)是輸出電流大，輸出電壓精度高，穩定性高。

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