TMS320LF2407A基于CAN總線(xiàn)技術(shù)的數字交流伺服系

通過(guò)TMS320LF2407A作為控制核心，通過(guò)CAN總線(xiàn)通訊實(shí)現數字交流伺服系統。

現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)解決了傳統總線(xiàn)插板I/O模塊多，干擾嚴重、系統軟件編寫(xiě)復雜、系統硬件兼容性差等問(wèn)題。大大減輕了現場(chǎng)信號連接的繁瑣與費用，提高了信號傳輸的精度與靈活性，給安裝、調試和維護帶來(lái)諸多方便，為現場(chǎng)用戶(hù)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益，代表著(zhù)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向. CAN總線(xiàn)技術(shù)

隨著(zhù)工業(yè)現場(chǎng)控制和自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統的通信模式已不能滿(mǎn)足現代工程需要。CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)是80年代初德國B(niǎo)osch公司為解決現代汽車(chē)中眾多控制與測試儀器間數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議，是一種性能先進(jìn)、價(jià)格低廉、保密性好的現場(chǎng)總線(xiàn)（Field Bus）技術(shù)，能夠有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制串行通信網(wǎng)絡(luò )[2>。CAN總線(xiàn)中各節點(diǎn)都有權利向其它節點(diǎn)發(fā)送信息。通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，主要技術(shù)特點(diǎn)有:

1,是一種多主總線(xiàn) 網(wǎng)絡(luò )上任一個(gè)節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā)送信息，多主站依據優(yōu)先機制進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn); 2,非破壞性基于優(yōu)先權總線(xiàn)仲裁技術(shù) 采用非破壞性基于優(yōu)先權總線(xiàn)仲裁技術(shù)結構，大大節省總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間，在重負荷下表現出良好性能; 3,具有多種傳送數據功能 具有點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播傳送數據功能; 4,節點(diǎn)數目多 直接通訊距離最遠可達10km（傳輸速率為5kbps），最高通訊速率可達1Mbps（傳輸距離為40m）; 5,可靠性高 數據鏈路層采用短幀結構，實(shí)時(shí)性高，糾錯效果好，每幀信息都有CRC校驗及其它校驗措施，數據出錯率低，可靠性高; 6,故障自動(dòng)判別 發(fā)送期間若丟失仲裁或因出錯而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)，暫時(shí)錯誤和永久性故障節點(diǎn)判別及故障節點(diǎn)自動(dòng)脫離CAN總線(xiàn)。

CAN總線(xiàn)系統由CAN網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)、轉發(fā)器節點(diǎn)和上位機構成?？偩€(xiàn)技術(shù)遵循現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，將分布在不同位置，用途各異的測量?jì)x表、控制設備互聯(lián)成網(wǎng)，并可接入Intranet和Internet網(wǎng)絡(luò )?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的關(guān)鍵標志是它能支持雙向多變量、總線(xiàn)式全數字通訊。傳統4～20mA模擬直流回路只能在一根兩芯電纜中單向傳輸一個(gè)參數，隨著(zhù)系統結構的日益復雜和信息量的增加，4～20mA電流環(huán)傳輸成為制約信息傳輸的瓶頸，所以現場(chǎng)總線(xiàn)替代4～20mA模擬信號標準已成為控制系統發(fā)展的必然趨勢。

基于CAN總線(xiàn)技術(shù)的多機伺服系統

CAN總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )結構

基于CAN總線(xiàn)技術(shù)的多電機伺服控制系統網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示，系統由上位機、CAN總線(xiàn)、現場(chǎng)伺服單元節點(diǎn)組成。數控系統上位機通過(guò)CAN總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)任一伺服單元，數字伺服與數控系統之間數據傳輸可分為實(shí)時(shí)性數據信息和非實(shí)時(shí)性數據信息兩類(lèi)。實(shí)時(shí)性數據指參與控制器實(shí)時(shí)位置、速度、轉矩等控制指令和反饋信息，傳輸速度要求較高。非實(shí)時(shí)性數據主要是指控制器參數設置、功能設定、診斷功能、伺服狀態(tài)與報警等信息，傳輸速度相對較低。

CAN接口適配器是上位機與伺服單元數據傳輸和控制的橋梁，伺服單元采集現場(chǎng)的數據通過(guò)總線(xiàn)傳給上位機，實(shí)現實(shí)時(shí)監視和控制。

數字伺服系統網(wǎng)絡(luò )硬件與軟件設計

CAN總線(xiàn)接口硬件電路

數控系統上位機采用研華公司PCL-841卡實(shí)現CAN總線(xiàn)通訊，伺服驅動(dòng)系統采用TI公司TMS320LF2407A片內CAN控制器[3>。該控制器全面兼容CAN2.0B協(xié)議，具有標準和擴展標識符，有數據幀和遠程幀，2407A片內CAN總線(xiàn)控制器與CAN物理總線(xiàn)接口采用82C250驅動(dòng)器芯片。82C250采用阻抗為120Ω雙絞線(xiàn)作通訊介質(zhì)，信號采用差動(dòng)接收和發(fā)送模式，抗干擾能力強，最高通訊速率可達1Mbps。有三種不同工作方式:高速、斜率控制和待機。本系統采用斜率控制，以降低射頻干擾。為了增加抗干擾能力，保護CAN控制器，在TMS320LF2407A與82C250之間加高速光電隔離器，光電隔離器采用HP公司HCPL-2630芯片，速度為10MHz，電路如圖2所示。

CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制軟件包括網(wǎng)絡(luò )應用層協(xié)議、節點(diǎn)功能流程和編碼等的配置和設計[4>。

郵箱初始化配置

包括對管腳的配置、波特率的設定、郵箱的收發(fā)配置等。首先，配置MCRB寄存器，將IOPC6和IOPC7引腳配置成特殊功能，即CANRX和CANTX;其次，配置MDER寄存器，即配置郵箱使能和郵箱2～3功能;最后，對屏蔽ID寄存器進(jìn)行配置，可以屏蔽任意位ID，這種寄存器只對接收郵箱起作用。;CAN郵箱初始化配置CAN_INIT:LDP#DP_PF2LACLMCRB;配置CAN引腳OR#0C0H;IOPC6,IOPC7配置為特殊功能:CANRX,CANTXSACLMCRB;CAN位定時(shí)器配置LDP#DP_CANSPLK#0040H,MDER;MD2=1,MBX2為發(fā)送方式SPLK#0FFFFH,CAN_IFR;清全部CAN中斷標志SPLK#07FFFH,LAM1_H;設置郵箱2、3屏蔽ID寄存器0SPLK#0FFFFH,LAM1_L;則ID必須匹配波特率設定主要與3個(gè)寄存器有關(guān)，即SCSR1（系統控制和狀態(tài)寄存器1）、BCR1（位配置寄存器1）和BCR2（位配置寄存器2）。配置前要確定波特率和晶振頻率，當對位定時(shí)器進(jìn)行配置時(shí)，CAN控制器必須處于復位模式下，即CCR=1。SPLK#1000H,MCR;CCR=1改變配置請求W_CCE:BITGSR,#0Bh;等待改變配置使能BCNDW_CCE,NTC;當CCE=1時(shí)即可配置BCR2、BCR1寄存器SPLK#01H,BCR2;波特率預分頻寄存器SPLK#0033H,BCR1;波特率設置為1MLACLMCR郵箱收發(fā)配置在數據域改變前首先要禁用郵箱，然后置位數據域，改變請求。再設置郵箱ID和信息控制寄存器。若是發(fā)送郵箱，則在數據域存放預發(fā)送數據，若是接收郵箱，則清空接收緩存。;寫(xiě)CAN郵箱內容前寄存器設置LDP#DP_CANSPLK#0040H,MDER;不使能郵箱,郵箱2設為接收方式SPLK#0103H,MCR;CDR=1,數據區改變請求;寫(xiě)CAN郵箱內容LDP#DP_CAN2SPLK#2447H,MSGID2H;設置郵箱2控制字及ID;IDE=0,AME=0,AAM=0;標準方式為MSGID2H[12～2>SPLK#0FFFFH,MSGID2LSPLK#08H,MSGCTRL2;設置控制域;數據長(cháng)度DCL=8,RTR=0數據幀SPLK#00000H,MBX2A;郵箱2信息初始化SPLK#00000H,MBX2BSPLK#00000H,MBX2CSPLK#00000H,MBX2DSPLK#2447H,MSGID3H;設置郵箱3的標識符SPLK#0FFFFH,MSGID3LSPLK#08H,MSGCTRL3;RTR=0,DCL=8SPLK#02211h,MBX3A;郵箱3信息初始化SPLK#04433h,MBX3BSPLK#06655h,MBX3CSPLK#08877h,MBX3D;寫(xiě)CAN郵箱內容后寄存器設置LDP#DPCANSPLK#0480H,MCR;DB0=1,AB0=1,STM=0SPLK#04CH,MDER;ME3=1,MBX3發(fā)送,ME2=1接收SPLK#0F7FFH,CAN_IMR;中斷MBX3無(wú)效,MBX2使能,;中斷優(yōu)先級SPLK#0FFFFH,CAN_IFR;清全部中斷標志RET郵箱中斷設置CAN模塊專(zhuān)屬中斷寄存器有CAN_IFR和CAN_IMR，使用方法與一般中斷寄存器相同。但TMS320LF2407A采用二級中斷方式，高優(yōu)先級模式的CAN郵箱中斷對應INT1，高優(yōu)先級CAN錯誤中斷對應INT2;而低優(yōu)先級CAN郵箱中斷和CAN錯誤中斷都對應INT5。所以在程序中要開(kāi)放對應一級中斷。接收幀ID的讀入在接收事件中，通常一個(gè)郵箱要接收多節點(diǎn)幀。因此，信息幀ID的讀出也很重要。不管有沒(méi)有屏蔽，所接收信息幀的ID會(huì )被置入MSGIDnH和MSGIDnL，但接收郵箱的ID并沒(méi)有改變[5>。程序框圖如圖3所示,實(shí)驗程序使用郵箱2接收，郵箱3發(fā)送。通訊軟件可以采用查詢(xún)方式或中斷方式，主要包括CAN控制器初始化程序、接收郵箱與發(fā)送郵箱設置、發(fā)送程序、接收程序。

發(fā)送程序只需要設定發(fā)送控制寄存器相應位;接收程序要完成:讀取已接收的郵箱標識符格式;讀取接收的標識符;讀取接收的數據長(cháng)度;讀取接收的數據值。上位機通過(guò)適配器與CAN總線(xiàn)連接，用VC6.0編寫(xiě)監控軟件，并定義上位機作為局域網(wǎng)操作服務(wù)器，用戶(hù)通過(guò)它可以對各個(gè)伺服單元進(jìn)行操作。結語(yǔ)CAN總線(xiàn)具有良好的網(wǎng)絡(luò )通信功能、高可靠性、抗干擾能力強且經(jīng)濟實(shí)用，是一種很有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。它的應用將為分布式運動(dòng)控制提供一種新的解決方案，會(huì )受到人們越來(lái)越多的重視。新一代的智能數字伺服系統通過(guò)CAN總線(xiàn)于開(kāi)放式數控系統互聯(lián)，是運動(dòng)控制領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。