四通道位置控制的CAN總線(xiàn)節點(diǎn)設計與實(shí)現

摘    要：本文介紹了一種基于單片機系統的CAN總線(xiàn)接口系統，通過(guò)將CAN總線(xiàn)上的數字指令轉換為模擬控制信號，送給已有的四路電動(dòng)伺服模擬控制系統。該方案實(shí)現了四通道位置控制的CAN總線(xiàn)節點(diǎn)設計。
關(guān)鍵詞：CAN總線(xiàn)；位置隨動(dòng)系統；D/A轉換；多路模擬開(kāi)關(guān)

概述
根據課題要求，并經(jīng)充分考慮CAN總線(xiàn)數據通訊的特點(diǎn)、四個(gè)通道位置控制規律及實(shí)際工程的環(huán)境與條件之后，設計了一個(gè)CAN總線(xiàn)節點(diǎn)，并利用四個(gè)通道的控制信號來(lái)實(shí)施四路位置控制。該系統的結構關(guān)系如圖1所示，根據該圖可以把本文中要描述的系統劃分為三個(gè)部分：CAN總線(xiàn)接口電路、單片機系統、D/A轉換電路。CAN總線(xiàn)接口電路主要提供CAN總線(xiàn)物理層通訊協(xié)議所要求的電氣連接，保證可靠通訊；單片機系統是本CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的中樞，主要是控制和協(xié)調各部分的正常工作，并按算法計算形成四通道的控制信號；D/A轉換電路則要把單片機所形成的四個(gè)通道的數字控制信號轉化為四路模擬控制信號去驅動(dòng)四路的電機控制系統，同時(shí)要保證系統允許的延時(shí)和信號的線(xiàn)性度，最終完成對四通道的位置控制。

硬件設計
CAN總線(xiàn)接口電路設計
完整的接口電路原理圖如圖2所示，該電路包含了CAN總線(xiàn)協(xié)議控制芯片SJA1000(與PCX82C200兼容)和CAN總線(xiàn)驅動(dòng)芯片82C250以及它們各自的外圍電路。在此只討論實(shí)現過(guò)程中幾個(gè)具體問(wèn)題。
片選信號：總體方案設計中確定了本系統地址空間的分配，CAN總線(xiàn)接口電路占用了C000~DFFF。為了有效利用已有的邏輯芯片，采用線(xiàn)選法產(chǎn)生片選信號CanSelt。片選信號CanSelt低電平有效。
總線(xiàn)連接：由于SJA1000本身具有分時(shí)復用的8位地址數據總線(xiàn)，并且引腳3、引腳5以及引腳6分別對應單片機地址鎖存信號ALE、讀信號和寫(xiě)信號，因此可以直接與80C196KC單片機的地址數據總線(xiàn)、控制總線(xiàn)對應連接。
中斷信號：當SJA1000進(jìn)行總線(xiàn)通信，需要單片機參與處理時(shí)，就在引腳16產(chǎn)生一個(gè)中斷信號。這些觸發(fā)中斷的事件包括總線(xiàn)上成功接收到有效數據幀、成功發(fā)送數據幀、CAN協(xié)議芯片被其它CAN節點(diǎn)喚醒、接收緩沖區超限以及總線(xiàn)狀態(tài)出錯等。引腳16平時(shí)維持高電平，中斷時(shí)產(chǎn)生一個(gè)負跳變信號。由于80C196KC單片機的外部中斷正跳變信號有效，所以SJA1000的中斷信號要經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)再送到單片機的外部中斷引腳。但在實(shí)際電路中，無(wú)中斷產(chǎn)生時(shí)，SJA1000的引腳16是觀(guān)察不到高電平的，只能觀(guān)察到0.7V~0.8V的電平信號。這是因為高電平被下級的非門(mén)導通拉低所致，不影響正常使用。
多路D/A轉換通道電路設計
CAN總線(xiàn)是一種串行總線(xiàn)，總線(xiàn)上傳輸的信息是數字信號，而已有的電機控制系統是模擬控制系統,因此需要設計D/A轉換電路來(lái)解決這一問(wèn)題。在D/A轉換接口設計中主要考慮的問(wèn)題是D/A轉換芯片的選擇、數字量的碼輸入及模擬量的極性輸出、參考電壓電流源、模擬電量輸出的調整與分配等?；谏鲜鲆蛩?，本設計電路結構如圖3所示。在該結構中采用同一個(gè)D/A轉換芯片分時(shí)、分別對各路信號進(jìn)行D/A轉換，再由一個(gè)多路采樣保持電路將轉換結果分時(shí)提取，并送到各路模擬信號通道。
由于電機模擬控制系統的性能指標如下：
輸入/輸出關(guān)系：輸入為