CANopen協(xié)議棧IO模塊設計

1   整體思路

一個(gè)工業(yè)級CANopen-IO 至少需要滿(mǎn)足？

1.低成本：ARM-M0 32 bit 低成本

2.性能高：主頻80M 集成CAN，同時(shí)兼容CAN-FD

3.寬電壓：工作電壓1.62 ~ 3.6 V

4.滿(mǎn)足工業(yè)要求：工作溫度-40 ~ 125 ℃，覆蓋工業(yè)級范圍

一個(gè)工業(yè)級CANopen-IO 需要占用的內存資源？

1.內部閃存FLASH：128 k Byte

2.內部SRAM：32 k Byte

2   項目設計過(guò)程

2.1 硬件設計

CAN接口硬件設計：

1.采用電源信號雙隔離

2.保險+ 電感防雷擊設計

3.RJ45 輸出，方便級聯(lián)

Serial接口硬件設計：

1.USB 轉串口芯片CH340G

2.僅用于Debug 信息打印

輸入、輸出測試IO硬件設計：

輸出光耦隔離，MOS電流增強

輸入雙向光耦隔離，支持PNP、NPN模式

2.2 軟件設計

CAN接口軟件實(shí)現

1.CAN初始化

2.CAN的郵箱發(fā)送

3.CAN中斷接收

IO操作軟件實(shí)現：

1.IO初始化

2.IO的翻轉

CANopen協(xié)議棧的的移植：

1.協(xié)議棧的移植（stack、ccm）；

2.對象字典的遷移（objdict）；

3.芯片底層的對接（driver）；

CANopen對象字典和CIA401實(shí)現：

輸入映射rpdo：

輸入處理：

3   系統流程圖

硬件流程圖概述：

1.電源上電后，電源管理芯片控制5 V 電源端的輸出，后端無(wú)短路后直接輸出；

2. 5 V 電源使能后，經(jīng)過(guò)LDO 穩壓芯片到3.3 V 輸出到MCU 和各個(gè)接口芯片；

3.MCU供電正常后，開(kāi)始復位，取外部晶振倍頻后以80M 主頻運行；

4.MCU運行后會(huì )初始化相關(guān)外設，在主循環(huán)中進(jìn)行CAN報文的收發(fā)和IO端口的控制；

5.MCU將內部的CAN報文經(jīng)TTL信號隔離后發(fā)送到CAN收發(fā)器，交由收發(fā)器再發(fā)送到總線(xiàn)上；

6. CAN收發(fā)器收CAN總線(xiàn)數據，轉換為T(mén)TL信號，隔離后再發(fā)送的MCU 內部的CAN 控制器的FIFO 中；

7. MCU還控制著(zhù)硬件的輸入輸出IO狀態(tài)；

軟件流程圖概述：

1.系統上電后， Mspm0g3507 會(huì )進(jìn)行系統初始化；

2.系統初始化完畢后，會(huì )進(jìn)行外設的初始化（IO、CAN、Serial、Timer...）；

3.在CAN外設正常初始化后，對CANopen協(xié)議棧進(jìn)行初始化，此時(shí)會(huì )分配N(xiāo)ode-Id，波特率、以及將對應的CANopen節點(diǎn)切為預操作狀態(tài)；

4.MCU在主循環(huán)中會(huì )接收CANopen主節點(diǎn)的信息，會(huì )進(jìn)行以下處理：CANopen狀態(tài)機處理、PDO報文處理、SDO報文處理以及自身心跳報文的發(fā)送等；

5.MCU在主循環(huán)中遵循CIA401協(xié)議，根據主節點(diǎn)發(fā)送的對象信息和狀態(tài)機進(jìn)行相關(guān)的CIA401的處理；

6. MCU根據CIA401對輸入和輸出IO進(jìn)行狀態(tài)的更新和信號的輸出；

4   系統實(shí)物圖

輸出端子Y16十六通道，這里只有了8通道

CAN收發(fā)電路，RJ45連接

和主控制器連接在一起。

（本文來(lái)源于《EEPW》202503）