基于DSP-LF2407A和CAN總線(xiàn)的分布式電機控制系統設計

引言

CAN（Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)，主要用于各種設備監測及控制的局域網(wǎng)。最初由德國B(niǎo)osch公司用于汽車(chē)的監控系統而設計，具有良好的功能特性和極高的可靠性，現場(chǎng)抗干擾能力極強, 總線(xiàn)形式為串行數據通信總線(xiàn)。

TI 的24X系列芯片，具有處理性能優(yōu)良（30MIPS），外設集成度高，程序存儲器容量大，A/D轉換速度快等特點(diǎn)，是基于工業(yè)控制而設計的DSP（數字信號處理）類(lèi)芯片。LF2407A以其豐富的集成外設，提供了電機數字化控制解決方案。其嵌入式CAN總線(xiàn)控制器，基于CAN2.0B規范要求，提供了CAN通信功能，可為實(shí)現分布式工業(yè)監控局域網(wǎng)絡(luò )提供了一個(gè)解決方案。

CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介

CAN屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN的應用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò )到低價(jià)位的多路界限都可以使用CAN 。在自動(dòng)化電子領(lǐng)域的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制部件、傳感器、抗滑系統等應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。

區別與傳統的控制系統采用按控制回路進(jìn)行一對一連接的方法，現場(chǎng)總線(xiàn)采用智能現場(chǎng)設備，具有運算、控制和通信功能，可以在現場(chǎng)完成數據采集、數據分析、控制處理等功能，并將有關(guān)數據發(fā)送到主機及其它現場(chǎng)設備，實(shí)現可徹底的分布式控制。

CAN總線(xiàn)特點(diǎn)：

1系統的開(kāi)放性。2現場(chǎng)設備具有高度的自治性和智能化的特點(diǎn)。3系統的高度分散性。4對現場(chǎng)環(huán)境的適應性強。

CAN節點(diǎn)的分層結構

　?。瓹AN對象層(the object layer)
　?。瓹AN傳輸層(the transfer layer)
　?。锢韺?the physical layer)

對象層的功能是報文濾波以及狀態(tài)和報文的處理。傳輸層是CAN協(xié)議的核心。它把接受到的報文提供給對象層，以及接受來(lái)自對象層的報文。物理層定義實(shí)際信號的傳輸方法。物理層的作用是在不同節點(diǎn)之間根據所有的電氣屬性進(jìn)行位信息的實(shí)際傳輸。

圖1 CAN節點(diǎn)分層結構

LF2407A簡(jiǎn)介

DSP(Digital Signal Processing)數字信號處理，是以數字形式對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。LF2407A是一款新型工控型數字信號處理芯片，具有如下特點(diǎn)：

一、芯片特點(diǎn):

1) 32位CPU，32位ALU，16*16位并行乘法器，3個(gè)定標移位器，8個(gè)16位輔助寄存器；544字片內數據/程序DARAM，2K的SARAM，32K片內程序FLASH，64K數據和存儲器尋址范圍；
2) 四級流水線(xiàn)操作，八級硬件堆棧，五個(gè)外部中斷；

3) 兩個(gè)事件管理器EVA、EVB，包含：16路PWM通道，10路比較CMP單元，4個(gè)16位通用定時(shí)計數器，6個(gè)捕獲單元CAP，4個(gè)積分編碼脈沖QEP單元；

4) 16路10位A/D 轉換，轉換時(shí)間為500ns，最高采樣率為1MHz；

5) 41個(gè)可單獨編程的多路復用I/O引腳；基于鎖相環(huán)電路（PLL）的時(shí)鐘模塊；帶實(shí)時(shí)中斷的看門(mén)狗定時(shí)器模塊（WATCH_DOG）；串行通信接口（SPI）和串行外設接口（SPI），及CAN 通信模塊接口；
6)33ns指令周期，每秒執行30MIPS，系統+3.3伏供電。

二、LF2407A 內嵌CAN 控制器

LF2407A芯片內嵌CAN控制模塊，集成了一個(gè)全CAN功能的16位控制芯片，且與CAN2.0B協(xié)議完全兼容，支持標準格式和擴展格式。LF2407A的CAN模塊包含兩大部分：CAN控制/狀態(tài)寄存器和CAN郵箱RAM區。其結構框圖如下：

圖 2 LF2407-A CAN模塊框圖

CAN控制/狀態(tài)寄存器部分包含16個(gè)16位的CAN控制/狀態(tài)寄存器，分別為控制寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器和接收屏蔽寄存器。完成對象層和傳輸層包括的所有由ISO/OSI 模型定義的數據鏈路層的服務(wù)和功能。實(shí)現控制幀結構、執行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、故障界定等。

CAN 控制器接口----PCA82C250:PCA82C250 是CAN 協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)的接口。此器件對總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送能力，對CAN 控制器提供差動(dòng)接收能力，符合“ISO11898 ”標準。

系統結構

本系統為一個(gè)基于分布式現場(chǎng)總線(xiàn)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通訊，以DSP為微控制器的電機控制系統。為一個(gè)具有DSP的高速處理能力和CAN總線(xiàn)通信的高性能和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)的分布式工業(yè)控制系統。系統設計主體分為兩部分：其一執行部件：LF2407-A控制電機動(dòng)作；其二為網(wǎng)絡(luò )通訊：CAN實(shí)現分布式監控通信。

節點(diǎn) 1 節點(diǎn)
圖 3 系統結構框圖