基于P87C591的CAN-RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換器的總體方案設(shè)計(jì).doc

基于P87C591的CAN-RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換器的總體方案設(shè)計(jì) 1概述 控制局域網(wǎng)絡(luò)(Control Area Network, CAN), 為多主機(jī)方式的串行通信總線，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信，能有效地支持具有很高安全等級的分布實(shí)時(shí)控制。這是個多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它的基礎(chǔ)是無破壞性仲裁機(jī)制，這使得總線能以最高優(yōu)先權(quán)訪問報(bào)文而沒有任何延遲。CAN總線被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線之一。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1 Mb/s,直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km(5 Kb/s)，可掛接設(shè)備數(shù)量最多可達(dá)110個。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020 Kb/s范圍內(nèi)的通信。目前的PC機(jī)都帶有RS232C接口，故把CAN網(wǎng)絡(luò)連入PC機(jī)，最有效也是最直接的方法就是有一個CAN與RS232相互轉(zhuǎn)換的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。2硬件總體設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)包括電平轉(zhuǎn)換和帶CAN控制器的微處理器以及CAN總線收發(fā)器，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在CAN控制器和CAN收發(fā)器之間增加了光電隔離電路，原理框圖如圖1所示。將串口的數(shù)據(jù)先傳送到單片機(jī)，再由單片機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給CAN總線；同樣，CAN總線的數(shù)據(jù)也可以先發(fā)到單片機(jī)上，然后再通過單片機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給串口。PC機(jī)串口RS232CAN總線LED指示燈 帶CAN控制器的為控器O87C591電平轉(zhuǎn)換CAN收發(fā)器82C250光電隔離圖1 設(shè)計(jì)總體框圖2.1 電平轉(zhuǎn)換RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會（Electrical Industrial Association,EIA）與1973年提出的串行通通信接口標(biāo)準(zhǔn)，主要用于模擬信道傳輸數(shù)字信號的場合。RS-232的機(jī)械接口一般有9針、15針 和25針3種類型。RS232接口使用負(fù)邏輯，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平為5 V15 V，用“0”表示；負(fù)電平為-15 V-5 V，用“1”表示。根據(jù)RS232的電氣特性可知，RS2332的接口電平與TTL電平（TTL電平的邏輯“1”是2.4V,邏輯“0”是0.4V）不兼容，所以要外加電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。此處選用的電平轉(zhuǎn)換芯片是MAX232。PC機(jī)的信號通過串口(COM)到達(dá)DB9座子與該智能節(jié)點(diǎn)相連，通過雙向電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，把RS232信號電平轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的電平。通過微控制器的串口連入該智能節(jié)點(diǎn)。RS232總線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送由微處理器完成，并且微處理器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)協(xié)議控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。2.2 P87C591微控器P87C591是一個單片8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來。P87C591是整個系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)整個網(wǎng)管的監(jiān)控任務(wù)。作為系統(tǒng)控制核心，P87C591擔(dān)負(fù)兩個主要任務(wù)。其一, 它采用了強(qiáng)大的80C51指令集與串口進(jìn)行通信；其二，是利用P87C591的片內(nèi)CAN控制器實(shí)現(xiàn)與CAN總線的連接。CPU通過5個特殊功能寄存器CANADR, CANDAT, CANMOD, CANSTA和CANCON對PeliCAN模塊進(jìn)行訪問，根據(jù)訪問方向的不同，CANCON和CANSTA具有不同的寄存器結(jié)構(gòu)。主要有兩種不同的方式訪問，支持軟件輪詢或控制主要CAN功能的最重要的寄存器?？梢韵裨L問單獨(dú)的特殊功能寄存器一樣直接訪問CAN模塊的其他部分，通過一個間接的指針機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。為了達(dá)到最高的數(shù)據(jù)吞吐量，在使用間接尋址時(shí)包含了地址自動增加的特性。集成CAN控制器的微控制器P87C591的專用CAN端口TXDC和RXDC通過接收來自CAN收發(fā)器的發(fā)送與接收信號來監(jiān)測CAN總線上的信息。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在微處理器和CAN收發(fā)器之間增加了電氣隔離電路。2.3 82C250收發(fā)器PCA82C250發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口，可以用高達(dá)1 Mb/s的速率。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力P87C591的TXDC和RXDC并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點(diǎn)的電氣隔離。光耦部分電路所采用的兩個電源VCC和VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。82C250與CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個5歐的電阻與CAN總線相連，與地之間并聯(lián)了兩個30皮法的小電容。 網(wǎng)關(guān)硬件除了以上主要部分以外，還有LED指示和電源等部分。網(wǎng)關(guān)中設(shè)計(jì)的LED，可用于網(wǎng)關(guān)的上電指示，總線收發(fā)狀態(tài)及故障情況指示。盡量做到從網(wǎng)關(guān)面板上的LED燈的指示就可以基本了解網(wǎng)關(guān)的整個運(yùn)行情況指示。 3 軟件設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)中，總線數(shù)據(jù)的接收均采用中斷方式而在主監(jiān)控程序中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，內(nèi)存采用FIFO機(jī)制管理。系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)包括：主程序、CAN節(jié)點(diǎn)初始化子程序、RS232報(bào)文發(fā)送子程序、RS232報(bào)文接收子程序、CAN報(bào)文接收子程序以及CAN報(bào)文發(fā)送子程序。其主程序流程圖如圖2所示。開始初始化N接收CAN子網(wǎng)緩沖區(qū)有報(bào)文？Y向RS-232子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，并調(diào)整緩沖區(qū)參數(shù)N接收RS-232子網(wǎng)緩沖區(qū)有報(bào)文？Y向CAN子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，并調(diào)整緩沖區(qū)參數(shù)N請求狀態(tài)標(biāo)志位1？Y向上位機(jī)發(fā)送狀態(tài)信息圖2 主程序流程圖主程序根據(jù)接收緩沖區(qū)中是否有報(bào)文，決定是否發(fā)送以及發(fā)送給誰。若接收CAN子網(wǎng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中是否有報(bào)文，則向RS-232子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)；若接收RS-232子網(wǎng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)有報(bào)文，則向CAN子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)。 由于CAN報(bào)文和自定義的RS-232報(bào)文的幀格式不同，在轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文時(shí)，要進(jìn)行幀格式的轉(zhuǎn)換。在報(bào)文發(fā)送后，要對相應(yīng)的FIFO緩沖區(qū)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。另外在主程序中，如上位機(jī)對網(wǎng)關(guān)有狀態(tài)請求或網(wǎng)關(guān)本身有故障，網(wǎng)關(guān)可向上位機(jī)返回本機(jī)狀態(tài)。該項(xiàng)功能便于系統(tǒng)的故障定位