基于80C196KC的CAN總線(xiàn)智能數據采集模塊設計

圖3

設Vs為傳感器的信號電壓，Vn1、Vn2為外部噪聲源在電纜線(xiàn)上的感應噪聲信號，Vns為電路噪聲。因此，差分放大器輸出電壓Vo為：

V_o=A(V₁-V₂)=A(V_s+V_ns+(V_n1+V_n2))；如果噪聲源與信號源頻譜不重疊，則經(jīng)低通濾波電路后：V_f≈AV_s。

GAL譯碼電路
本模塊電路中，單片機擴展外圍器件較多，有程序存儲器AT28C256、CAN控制器SJA1000、并口擴展82C55A和A/D轉換AD1674。196單片機在模塊中主要工作于8位總線(xiàn)寬度下，由于A(yíng)D1674采用了12位并行輸出模式，因此還需動(dòng)態(tài)改變總線(xiàn)寬度。為了簡(jiǎn)化電路，以及適應196單片機較高總線(xiàn)速度的要求，譯碼電路放棄了傳統的門(mén)電路組合的方法，采用了可多次編程的通用陣列邏輯器件(generic array logic)GAL16V8。這樣可以減少元器件數量、降低線(xiàn)路復雜程度，同時(shí)降低故障機率及提高硬件設計的靈活性。

GAL16V8引腳分配及邏輯表達式如下：
Input device‘P16V8AS’；
WR，RD，CAN，A12，A13，A14，A15，ADC
pin2，3，4，5，6，7，8，9；
BUSWIDTH，CSCAN，INTCAN，CEROM，CSADC， CS8255，NTADC，EADC
pin19，18，17，16，15，14，13，12；

EQUATIONS
!CEROM=!A15!A14A13!A12#
!A15!A14A13A12
#!A15A14!A13!A12#!A15
A14!A13A12
#!A15A14A13!A12#!A15
A14A13A12
#A15!A14!A13!A12#A15!
A14!A13A12；
!CSCAN=A15!A14A13!A12；
!CS8255=A15!A14A13A12；
!CSADC=A15A14!A13!A12；
BUSWIDTH=A15A14!A13!A12；
!INTCAN=CAN；
!INTADC=ADC；
!CEADC=WRRD；

由上述邏輯表達式可以看出，外圍器件地址基地址由最高4位地址A12～A15決定，AT28C256、SJA1000、82C55A及AD1674對應基地址分別為：2000H，A000H，B000H，C000H。當選通AD1674時(shí)，單片機總線(xiàn)寬度控制引腳BUSWIDTH將置為高，動(dòng)態(tài)調整到16位總線(xiàn)寬度，其余時(shí)刻，BUSWIDTH為低，單片機保持8位總線(xiàn)寬度。INTCAN和INTADC分別是對SJA1000和AD1674中斷請求信號取反。GAL表達式文件用ABEL軟件編譯形成JED文件，使用通用編程器燒入芯片，且可反復多次燒寫(xiě)，方便調試。

軟件編程

控制軟件的合理設計是模塊實(shí)時(shí)、有效地完成數據采集及通信任務(wù)的關(guān)鍵，主要包括系統初始化、CAN信息處理、數據采集及處理等功能模塊。系統開(kāi)放一個(gè)定時(shí)中斷，定時(shí)時(shí)間對應上位機發(fā)送來(lái)的采樣周期。CAN報文的接收主要有2種方式：中斷和查詢(xún)方式。為提高系統的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也保證接收緩沖器不出現數據溢出現象，模塊中采用中斷接收方式。CAN報文發(fā)送采用查詢(xún)方式，即當需要發(fā)送數據時(shí)，將預先組織好的數據幀按字節寫(xiě)入SJA1000的發(fā)送緩沖寄存器中。

SJA1000的初始化主要是在SJA1000的復位模式下設置相應寄存器。在初始化CAN內部寄存器時(shí)應注意同一網(wǎng)絡(luò )中各模塊的通信速率的設置應一致。下面給出SJA1000工作在BasicCAN模式下的簡(jiǎn)單的初始化源程序：

INIT-SJA1000：
LDB　AL，　#01H
STB　AL，　REG-CR??；復位SJA1000
LDB　AL，　#0AAH
STB　AL，　REG-OCR??；設置輸出寄存器為普通輸出模式
LDB　AL，　#048H
STB　AL，　REG-CDR??；使能內部比較器，禁止時(shí)鐘輸出
STB　#01H，　REG-BTR0??；設置波特率為
250K(使用16M晶振)
STB　#1CH，　REG-BTR1
LDB　AL，　#00H
STB　AL，　REG-ACR??；設置驗收碼寄存器
LDB　AL，　#0FFH
STB　AL，　REG-AMR??；設置驗收屏蔽碼寄存器
LDB　AL，　REG-CR
ANDB　AL，　#0FEH??；SJA1000退出復位模式
LDB　AL，　#02H
STB　AL，　REG-CR??；設置中斷寄存器，使能
接收中斷
RET
以上程序段可以正確初始化SJA1000，為了提高程序可靠性和容錯性，實(shí)際應用中應該讀出SJA1000寄存器內容并加以比較，從而判斷是否正確寫(xiě)入。

結束語(yǔ)

基于以上所述的軟、硬件設計實(shí)現了CAN協(xié)議所包括數據鏈路層和物理層，由于CAN總線(xiàn)協(xié)議沒(méi)有定義應用層，因此在實(shí)際的應用中有必要定義高層通信協(xié)議，即相應的命令、參數和數據的格式。國際上比較流行的基于CAN底層協(xié)議的高層協(xié)議有DeviceNet和CANopen，我們在簡(jiǎn)單應用中，采用了自定義的簡(jiǎn)單通信協(xié)議，在此不作敘述。設計的智能數據采集模塊應用于電液伺服控制系統以來(lái)，運行情況良好，由于CAN總線(xiàn)的應用，大大提高了分布式數據采集和控制系統的靈活性、可靠性和實(shí)時(shí)性，建立了一個(gè)有效的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的實(shí)驗教學(xué)平臺。同時(shí)該數據采集模塊也可以方便地移植到工業(yè)上的其它控制系統中，與其它基于CAN總線(xiàn)的智能控制模塊組成CAN現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。