基于DeviceNet總線(xiàn)的從設備通迅適配器設計
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多年來(lái)，過(guò)程工業(yè)一直致力于開(kāi)發(fā)一種單一的、開(kāi)放的標準對現場(chǎng)的各類(lèi)設備進(jìn)行編址。標準的最初目標是用單一的數字標準取代4-20mA標準。當范圍擴展到尋址復雜的、高難度的服務(wù)時(shí)（如：控制器間的高速通訊、大量快速掃描設備間的時(shí)間同步）單一標準的開(kāi)發(fā)變得延遲了。同時(shí)，通訊技術(shù)的成本近幾年已經(jīng)明顯的降低，將簡(jiǎn)單設備直接連接到網(wǎng)絡(luò )上（而不必考慮SP50現場(chǎng)總線(xiàn)）的成本由此變得經(jīng)濟。簡(jiǎn)單設備的這種標準要求同現存的120/220VAC和24VDC離散、硬接線(xiàn)I/O標準具有相同級別的互換性。DeviceNet在允許多個(gè)復雜設備互連接的同時(shí)，允許簡(jiǎn)單設備的互換性。除了讀取離散設備的狀態(tài)外，DeviceNet還可以報告馬達啟動(dòng)器內溫度、讀取負載電流、改變驅動(dòng)器加減速速率、或統計前一小時(shí)通過(guò)傳輸帶傳送的包裹計數。
DeviceNet是一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )標準。規范和協(xié)議都是開(kāi)放的 ― 供應商將設備連接到系統時(shí)，無(wú)需為硬件，軟件或授權付費。任何人都能以名義上的復制成本（目前：$250USD+郵費）從開(kāi)放式DeciceNet供應商協(xié)會(huì )（ODVA）獲得DeviceNet規范。任何制造（或有打算制造）DeviceNet產(chǎn)品的公司都可以加入ODVA，并參加對DeviceNet規范進(jìn)行增補的技術(shù)工作組。
本文設計針對的DeviceNet從設備特性如下：屬于DeviceNet group 2 only 從設備；采用Predefine的通訊連接；可通過(guò)硬件開(kāi)關(guān)設置125kbps、250kbps、500kbps波特率；可通過(guò)硬件開(kāi)關(guān)設置0~63 MAC ID。在軟件、硬件設計前應首先進(jìn)行從設備（泵/閥）I/O需求分析（即profile文檔設計），由于篇幅關(guān)系本文從略。
下面就該從設備通訊適配器的硬件和軟件設計做一個(gè)詳細介紹。
一、通迅適配器硬件系統設計
1 功能簡(jiǎn)介
DeviceNet是基于CAN總線(xiàn)的一種總線(xiàn)協(xié)議標準。因此，DeviceNet從設備適配器硬件首先應實(shí)現CAN總線(xiàn)的基本功能，主要包括：報文收發(fā)、訪(fǎng)問(wèn)控制及其他物理層的諸多功能。此外，為實(shí)現DeviceNet協(xié)議，硬件應具有足夠大的程序存貯空間，并具有足夠快的運行速度，以保證協(xié)議程序的順利執行。
2 硬件原理
DeviceNet節點(diǎn)硬件主要由以下幾部分組成：電源，單片機系統，看門(mén)狗及掉電保護電路，CAN控制器SJA1000，CAN收發(fā)器82C251，撥碼開(kāi)關(guān)及狀態(tài)LED顯示，雙口RAM IDT7005，AnyBus接口?？傮w設計框圖見(jiàn)圖1。
各部分功能介紹：
電源
DeviceNet適配器通過(guò)總線(xiàn)獲取電源，并將電壓降到系統所需的5V。該電源電路的電壓輸入范圍為11-25V，輸出5V，并具有防止反接和掉點(diǎn)檢測功能。硬件采用7805（1.5A）實(shí)現電壓轉換，并采用場(chǎng)效應管IRFD9120防止電源反接對系統造成損害。
單片機
DeviceNet適配器選用Winbond公司的高性能8位單片機W78E58。W78E58功能與引腳與80C52完全兼容，并提供256字節的內部RAM以及32K字節的Flash EEPROM，從而使系統不需擴展外部程序存貯器便可滿(mǎn)足DeviceNet協(xié)議程序的容量要求。W78E58最高可在40MHZ的主頻下運行，處理速度完全滿(mǎn)足DeviceNet節點(diǎn)通信的實(shí)時(shí)性要求。
為減少芯片的數量及降低硬件成本，本系統只擴展一片8K的雙口RAM，其前面7K字節用于外部數據存貯，最后1K用于提供與其它應用電路的通訊接口。
看門(mén)狗及掉電保護電路
采用MAX706芯片，從而減少了復位及電源檢測電路所需的元器件數量，該芯片與分離器件相比具有更高的可靠性。MAX706芯片主要有以下功能：
u 提供單片機和SJA1000所需的上電復位、手動(dòng)復位信號；
u 提供1.6秒的看門(mén)狗定時(shí)器；
u 具有電源電壓檢測功能。
WDI為看門(mén)狗定時(shí)器清零引腳，如果該引腳保持低電平或高電平超過(guò) 1.6秒，則Watch Dog輸出引腳WDO將變成低電平使系統復位，從而使程序運行更加可靠。由于SJA1000和單片機分別為低電平和高電平復位，因而RESET引腳的輸出通過(guò)非門(mén)連接到單片機的復位端。
CAN控制器SJA1000
DeviceNet總線(xiàn)報文的收發(fā)以及媒體訪(fǎng)問(wèn)控制等都是依據CAN總線(xiàn)協(xié)議，而這些協(xié)議都要通過(guò)CAN控制器加以實(shí)現。DeviceNet通信節點(diǎn)選用目前比較流行的PHILIPS CAN控制器SJA1000，由于DeviceNet總線(xiàn)協(xié)議采用11位的identifier，因此應使SJA1000工作在Basic CAN模式。其片選、ALE、以及讀寫(xiě)等信號分別與138譯碼器及單片機的相應信號相連；中斷信號連接到單片機的外部中斷1（P3.3）；選用16MHZ晶振。
硬件設計原理圖
CAN收發(fā)器82C251
CAN收發(fā)器82C251（Transceiver）的主要作用是收發(fā)CAN總線(xiàn)上的信號，即，一方面將總線(xiàn)信號轉換為CAN控制器所需的信號，另一方面，將CAN控制器的輸出信號轉化為CAN總線(xiàn)信號。DeviceNet通信節點(diǎn)選用PHILIPS PCA82C251收發(fā)器，其TXD、RXD引腳分別與SJA1000的TXD和RXD引腳相連，CANL、CANH引腳分別連接到DeviceNet Connector的2、4端。
撥碼開(kāi)關(guān)及狀態(tài)LED顯示
DeviceNet適配器通過(guò)一組撥碼開(kāi)關(guān)和兩個(gè)雙色二極管實(shí)現節點(diǎn)的MAC地址、波特率設置以及節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)顯示。由于DeviceNet最多支持64個(gè)從節點(diǎn)，并且只有三種波特率可供選擇，因此只需一個(gè)八位的DIP開(kāi)關(guān)便可實(shí)現MAC地址和波特率的設置（其中六位用以設置MAC地址，兩位用來(lái)選擇波特率）。對節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)分別采用一個(gè)雙色二極管進(jìn)行指示。由于單片機接口的限制，硬件中通過(guò)一片74HC273鎖存器擴展了一個(gè)輸出接口，從而驅動(dòng)兩個(gè)雙色二極管進(jìn)行顯示。
硬件中將DIP開(kāi)關(guān)通過(guò)上拉電阻接到單片機的P1口，并將其中的高兩位用作波特率設置、低六位用于MAC地址選擇。將138譯碼器的片選輸出Y3與單片機的寫(xiě)信號相或后連到273的CLK輸入端，由此擴展一個(gè)輸出口用以驅動(dòng)雙色二極管進(jìn)行狀態(tài)顯示。
雙口RAM IDT7005
DeviceNet適配器通過(guò)一個(gè)具有中斷功能的雙口RAM IDT7005提供與其它應用電路的通訊接口。IDT7005具有兩套完全獨立的數據線(xiàn)、地址線(xiàn)、讀寫(xiě)控制線(xiàn)，允許兩個(gè)CPU對雙口RAM的的同一個(gè)單元在不同的時(shí)間進(jìn)行讀寫(xiě)。具有兩套完全獨立的中斷邏輯，實(shí)現兩個(gè)CPU間的握手控制信號。IDT7005的最高兩個(gè)字節1FFEH和1FFFH分別兼做兩個(gè)斷口的中斷邏輯單元。
硬件中雙端口RAM IDT7005右端口的地址、數據及讀寫(xiě)控制線(xiàn)分別與單片機系統的相應信號線(xiàn)相連，中斷信號連接單片機的外部中斷0（P3.2）。其左端口的地址、數據及讀寫(xiě)、中斷控制線(xiàn)依據AnyBus的接口標準連接到34針接口的相應管腳。
AnyBus接口
AnyBus作為一種通用的現場(chǎng)總線(xiàn)通訊節點(diǎn)提供了與其他應用電路之間進(jìn)行數據交換的接口標準，并對接口的引腳進(jìn)行了嚴格的定義。
二、 DeviceNet總線(xiàn)通信協(xié)議
DeviceNet協(xié)議規范是描述DeviceNet設備之間實(shí)現連接和交換數據的一套協(xié)議。另外，為了實(shí)現不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的設備之間的互交換性和互操作性，ODVA維護并根據工業(yè)領(lǐng)域的需要不斷更新和修改該標準。
在DeviceNet規范卷I的第3章、第4章和第5章中定義了DeviceNet通訊協(xié)議。這些章節分別詳細介紹連接，信息協(xié)議和與通訊相關(guān)的對象。
使用DeviceNet的應用同標準或應用特定對象相結合產(chǎn)生所謂的設備描述。設備描述是從網(wǎng)絡(luò )的角度對設備的定義。DeviceNet規范卷II的第6章對對象庫進(jìn)行了詳細的描述。DeviceNet規范卷II的第3章是設備描述庫。
DeviceNet支持選通，查詢(xún)，周期，狀態(tài)改變和應用觸發(fā)的數據通訊方式，用戶(hù)可根據設備性能和應用要求選擇主／從、多主和點(diǎn)對點(diǎn)或三種方式組合的配置。數據通訊方式的選擇，可以明顯加快系統的反應時(shí)間。流行的DeviceNet應用采用標準的，預定義的連接組，使設備在主／從連接組之下工作。 晶振相關(guān)文章:晶振原理 上拉電阻相關(guān)文章:上拉電阻原理
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