基于CAN總線(xiàn)的數據采集記錄裝置設計

　　1.緒論

　　現場(chǎng)總線(xiàn)作為生產(chǎn)現的場(chǎng)數據通信與控制的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，在測量控制領(lǐng)域隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展已得到廣泛的應用?，F在的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)被認為是一種比較的成熟的技術(shù)，同時(shí)也被認為是目前最具有前途的一種現場(chǎng)總線(xiàn)之一。然而，CAN現場(chǎng)總線(xiàn)作為一種面向工業(yè)底層控制的通信網(wǎng)絡(luò )，其局限性也是顯而易見(jiàn)的。首先，它不能與Internet互連，不能實(shí)現遠程信息共享。其次，它不易與上位控制機直接接口。因此，我們在本文中引入以太網(wǎng)技術(shù)。

　　以太網(wǎng)是在上個(gè)世紀70年代為連接多個(gè)實(shí)驗室而開(kāi)發(fā)出的一種局域網(wǎng)技術(shù)，隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機的迅猛發(fā)展，以太網(wǎng)已成為當今世界上應用范圍最廣、最為常見(jiàn)的一種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。他在工業(yè)控制中的優(yōu)勢是顯而易見(jiàn)的：首先，基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)是一種標準開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò )，由其組成的系統兼容性和互操作性好，資源共享能力強，可以很容易的實(shí)現將控制現場(chǎng)的數據與信息系統上的資源共享；其次，數據的傳輸距離長(cháng)、傳輸速率高，而且很容易與Internet連接。

　　本設計利用基于ARM7內核的LPC2294處理器，在深入分析了以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議和CAN總線(xiàn)的基礎上，實(shí)現了兩路CAN總線(xiàn)和以太網(wǎng)的通信互聯(lián)。

　　2.系統硬件結構設計

　　本設計使用的處理器是PHIIPS公司推出的LPC2294,他是一款基于支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI內核，功能強大且功耗低。

　　其顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)是非常適合于通訊網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉換器以及其它各種類(lèi)型的應用。設計中圍繞LPC2294內核，進(jìn)行了最小系統和相應的擴展器件電路設計，設計里包括了復位電路、晶振電路、電源電路等關(guān)鍵電路。

　　2.1 系統電源電路設計

　　由于核心控制器LPC2294需要2組電源：

　　1.8V的內核供電電源和3.3V的IO口供電電源，而以太網(wǎng)控制器RTL8019AS需要的供電電源為5V.因此，我們設計了3個(gè)電壓轉換電路：采用降壓穩壓器LM1575將輸入電壓轉換為穩定的5V輸出，再通過(guò)低壓差（LDO）穩壓器SPX1117M-3.3把LM1575穩壓輸出的5V作為輸入電源，轉換為3.3V輸出電源，同時(shí)利用SPX1117M-1.8得到了1.8V電源。

　　2.2 以太網(wǎng)電路設計

　　以太網(wǎng)通信模塊采用了以太網(wǎng)控制器RTL8019AS（5V供電）和隔離接口HR90117A的組合方式。設計中使用兩路CAN進(jìn)行數據采集，由于LPC2294具有4路CAN控制器，其功能與SJA1000相似，因此只需外接兩個(gè)高速CAN隔離收發(fā)器便可達到通信的目的[2].

　　2.3 CAN電路設計

　　CAN總線(xiàn)模塊是本設計的核心部分，負責實(shí)現數據采集的功能。設計中使用的CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件，這些都被集成在不到3平方厘米的芯片上，芯片的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線(xiàn)的差分電平并且具有DC2500V的隔離功能及ESD（Electro-Static Discharge,靜電釋放）保護作用。

　　本記錄儀使用CTM1050T向上兼容的3.3V和5V CAN控制器，實(shí)現了兩路CAN數據采集，所以L(fǎng)PC2294和CTM1050T之間數據發(fā)送接收引腳可以直接連接，同時(shí)我們還需加入一個(gè)電阻阻值為20Ω的終端電阻來(lái)提高數據通信的抗干擾性及可靠性。

　　3.系統軟件設計

　　3.1 程序設計開(kāi)發(fā)環(huán)境及設計流程

　　設計以VC++6.0為開(kāi)發(fā)環(huán)境，C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，首先完成了系統的移植，接著(zhù)完成了RTL8019AS軟件設計與CAN控制器軟件設計，實(shí)現了CAN與以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉換。

　　3.2 μc/os-Ⅱ的移植

　　為了使一個(gè)內核能夠運行在微處理器或微控制器上，我們首先需要做的便是進(jìn)行移植。完成移植的過(guò)程中我們修改了3個(gè)和CPU相關(guān)的文件，分別是os_cpu.h、os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c,移植的過(guò)程中發(fā)現：

　　根據處理器的不同，一個(gè)移植實(shí)例需要編寫(xiě)或改寫(xiě)的代碼數量不盡相同，可能介于50~500行之間。

　　3.3 RTL8019AS軟件設計

　　RTL8019AS的工作模式有查詢(xún)和中斷兩種模式，本設計中考慮到實(shí)時(shí)性、多任務(wù)，以最大限度的利用CPU與μc/os-Ⅱ系統的實(shí)時(shí)性、提高系統的響應速度為目的，采用了中斷的方式來(lái)實(shí)現RTL8019AS的收發(fā)功能。