基于CAN總線(xiàn)和DSP的雙層數據采集系統

4 CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口的設計

雙層CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的主要接口包括采集單元的CAN總線(xiàn)接口、DSP中間控制器的雙CAN總線(xiàn)接口和頂層控制中心的CAN總線(xiàn)接口。其中采集單元的CAN總線(xiàn)接口采用標準的CAN總線(xiàn)接口，這里不再贅述。而頂層控制中心一般為工業(yè)控制計算機，可通過(guò)CAN通信卡直接連接到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，因此也無(wú)需多做說(shuō)明，下面重點(diǎn)介紹具有雙CAN總線(xiàn)接口的DSP中間控制器的雙CAN總線(xiàn)接口的設計。

4.1 DSP芯片介紹

數據采集系統的設計要兼顧速度特性和穩定性,TMS320LF2407A是TI公司的一款內置CAN模塊的DSP芯片，工作電壓3.3V。它具有內在的操作靈活性,高速的運算能力等特點(diǎn)。DSP中間控制器就以這款芯片作為主控芯片。

TMS320LF2407A的CAN模塊完全支持CAN2.0A/B協(xié)議，CAN控制器模塊是一個(gè)完全的CAN控制器，具有可編程的位定時(shí)器、中斷配置可編程、可編程的CAN總線(xiàn)喚醒功能、自動(dòng)回復遠程請求、總線(xiàn)錯誤診斷等功能，可以工作在標準模式和擴展模式，內置6個(gè)郵箱完成數據收發(fā)，可進(jìn)行自測試，CAN模塊內各部分的結構和功能基本上和流行的PHILIPS增強型CAN控制器SJAl000相同。

4.2 DSP中間控制器上層CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口設計

在上層CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口設計中，核心芯片TMS320LF2407A的CAN模塊完全支持CAN2.0A/B協(xié)議，只需要采用一片CAN收發(fā)器即可方便實(shí)現CAN總線(xiàn)接口。設計中采用了TI公司推出的3.3V系列CAN收發(fā)器SN65HVD230D。

SN65HVD230D是TI公司生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)針對240X系列DSP內CAN控制器與物理總線(xiàn)的接口。它的供電電壓和TMS320LF2407A一樣，僅為3.3V。SN65HVD230D CAN數據線(xiàn)收發(fā)器是為了在控制器之間實(shí)現可靠而有效的雙向數據傳輸而設計的，它符合CAN總線(xiàn)結構標準ISO11898。該系列器件支持傳輸速率高達1Mbps的差分信令，同時(shí)還兼容現有信令體系。該器件采用工業(yè)標準的PCA82C250封裝，適合雙終端傳輸線(xiàn)和半雙工操作。該器件輸出轉換時(shí)間，或稱(chēng)轉換速率控制，是可編程的，這有助于設計人員減小電磁干擾從而提高系統可靠性。其接口設計如圖2所示：

4.3 DSP中間控制器下層CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口設計

下層CAN總線(xiàn)硬件接口電路由主控芯片、CAN控制器、CAN收發(fā)器組成。主控芯片已選用定TMS320LF2407A，所以只需選擇合適的CAN控制器和收發(fā)器即可實(shí)現此接口的設計。常用的設計方式是選用PHILIPS公司生產(chǎn)的SJA1000作為CAN控制器，同時(shí)選擇PHILIPS公司的PCA82C250芯片作為CAN收發(fā)器，因此本接口設計的重點(diǎn)就是要實(shí)現DSP和SJA1000直接的接口設計。

TMS320LF2407A芯片的片外引腳一般采用地址線(xiàn)和數據線(xiàn)分離的設計方法，不再使用地址數據分時(shí)復用線(xiàn)，也沒(méi)有ALE地址有效信號，這樣就給CAN控制器與其的接口帶來(lái)一定困難。TMS320LF2407A沒(méi)有提供與SJA1000 CAN控制器的直接接口信號，以SJA1000的INTEL方式，采用以下幾點(diǎn)設計滿(mǎn)足TMS320LF2407A與CAN控制器與SJA1000的接口要求[2]。

a. 地址數據復用線(xiàn)的設計:將TMS320LF2407A的數據線(xiàn)D0～D7作為CAN的地址/數據復用線(xiàn)，用TMS320LF2407A的數據線(xiàn)去選擇CAN的內部端口和傳送數據。

b. 地址有效信號ALE的產(chǎn)生:用地址線(xiàn)AO、寫(xiě)選通信號WR和端口選通信號STBR的邏輯組合產(chǎn)生TMS320LF2407A的ALE信號。

c. 讀寫(xiě)信號的產(chǎn)生:用讀寫(xiě)信號和A0的邏輯組合產(chǎn)生SJA1000的讀選通信號，用寫(xiě)信號和A0的邏輯組合產(chǎn)生SJA1000的寫(xiě)選通信號。邏輯關(guān)系如表2所示。

d. 片選信號的產(chǎn)生:用TMS320LF2407A的I/O空間選通信號IS和高位地址的譯碼信號的邏輯組合產(chǎn)生CAN的片選CS。

這種方法是將DSP的數據線(xiàn)改為適合CAN控制器的數據地址線(xiàn)，為此將DSP的A0作為地址數據選擇線(xiàn)。AO=1時(shí)，地址有效；A0=0時(shí)，數據有效。即用奇數地址選擇端口，用偶數地址傳送數據。同時(shí)，通過(guò)信號的邏輯組合，在地址有效期間不產(chǎn)生讀寫(xiě)信號，而產(chǎn)生滿(mǎn)足CAN的地址有效信號ALE；在數據有效期間產(chǎn)生滿(mǎn)足CAN的讀和寫(xiě)邏輯信號。在SJA1000和TMS320LF2407A通過(guò)一片GAL芯片來(lái)實(shí)現接口邏輯轉換，接口電路如圖3所示。

5 結論

本文結合CAN總線(xiàn)在航天領(lǐng)域的應用狀況，在CAN總線(xiàn)技術(shù)和DSP芯片功能研究的基礎上，設計了一種基于CAN總線(xiàn)和DSP的雙層數據采集系統。本系統充分利用DSP具有內置CAN控制器的優(yōu)勢，設計了具有雙CAN總線(xiàn)接口的DSP中間控制器，采用分級、分層、區域組合的思想實(shí)現雙層、多區域數據信息的采集。文中給出了本數據采集系統的結構，并設計了DSP中間控制器雙CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口的硬件電路，將對CAN總線(xiàn)在航天領(lǐng)域的廣泛應用提供積極的參考。