基于A(yíng)T90CAN128的開(kāi)關(guān)量控制單元設(shè)計(jì)

1、基于at90can128的開(kāi)關(guān)量控制單元設(shè)計(jì)can(controller area network)技術(shù)是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制。其硬件銜接容易，牢靠性好，實(shí)時(shí)性和性?xún)r(jià)比高，能夠很好地滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)性和牢靠性的要求。是由公司研發(fā)的增加型內(nèi)置flash的risc高速8位單片機(jī)。本設(shè)計(jì)用法的是avr系列新型單片機(jī)at90can128，它自帶can控制器，使得通信部分的硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，因此增加了系統(tǒng)牢靠性。1 技術(shù)簡(jiǎn)介can總線(xiàn)是德國(guó)bosch公司20世紀(jì)80年月初為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通

2、信協(xié)議。它是一種多主總線(xiàn)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1 mbps。can總線(xiàn)通信接口中集成了can協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等工作。can總線(xiàn)具有以下技術(shù)特性：廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，改為對(duì)通信數(shù)據(jù)塊舉行編碼。采納這種辦法的優(yōu)點(diǎn)是，可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊；這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中十分實(shí)用。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿(mǎn)足通常工

3、業(yè)領(lǐng)域中控制指令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的普通要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線(xiàn)時(shí)光過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。can協(xié)議采納crc校驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的牢靠性。can采納非破壞總線(xiàn)仲裁技術(shù)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息浮現(xiàn)矛盾時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退動(dòng)身送，而優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)約了總線(xiàn)矛盾仲裁時(shí)光。即使在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的狀況下，也不會(huì)浮現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的狀況。2 at90can128功能簡(jiǎn)介21 基本特性at90c2an128微控制器采納具有先進(jìn)的risc結(jié)構(gòu)和低功耗的8位單片機(jī)，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條命令，因此可以達(dá)到臨近1 mhz的性

4、能。at90can128具有以下特點(diǎn)：128 kb的可在系統(tǒng)編程應(yīng)用編程(ispiap)flash程序存儲(chǔ)器，4 kb sram，32個(gè)通用工作寄存器，53個(gè)通用io口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器(rtc)，4個(gè)帶有比較模式靈便的定時(shí)器計(jì)數(shù)器，2個(gè)可編程的usrat接口，1個(gè)8位面對(duì)字節(jié)的twi(i2c)總線(xiàn)接口，8通道單端或差分輸入的10位(其中1個(gè)差分通道為增益可調(diào)的)，可編程帶內(nèi)部的定時(shí)器，1個(gè)spi接口，1個(gè)符合20a或20b的can控制器接口，一個(gè)兼容ieee11491標(biāo)準(zhǔn)的jtag接口(用于在線(xiàn)調(diào)試和程序下載)，6種可通過(guò)軟件挑選的節(jié)電模式。22 內(nèi)置can控制器at90can128內(nèi)置徹低符

5、合can20a和20b標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的can控制器。采納mob(消息對(duì)象)方式舉行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，共有15個(gè)mob，它們具有相同的屬性：有11位標(biāo)識(shí)符(20a協(xié)議)，也可擴(kuò)展至29位(20b協(xié)議)；最多為8字節(jié)數(shù)據(jù)緩沖(靜態(tài)分配)；tx、rx幀緩沖或自動(dòng)響應(yīng)配置；時(shí)光標(biāo)識(shí)。can控制器的結(jié)構(gòu)1所示。mob用來(lái)設(shè)置幀格式和存放數(shù)據(jù)。mob的數(shù)目是014，它們互相自立，但在舉行總線(xiàn)仲裁時(shí)，低位的mob會(huì)獲得優(yōu)先權(quán)。每個(gè)mob都被安置在一個(gè)頁(yè)中來(lái)保存，頁(yè)的序號(hào)即mob的序號(hào)。3 控制單元的軟硬件設(shè)計(jì)31 整體結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)量控制單元與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中其他的控制單元以及上位機(jī)等節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成can通信網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)

6、控制單元都有自己自立的地址，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出命令時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的can節(jié)點(diǎn)對(duì)命令中的地址信息舉行比對(duì)，假如與自己的地址全都則接收數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的控制指令。at90can128的can控制器接口與tja1050芯片通過(guò)光耦相連組成can通信通道，接收上位機(jī)下發(fā)的控制指令，使開(kāi)關(guān)吸合或斷開(kāi)，即接通或斷開(kāi)負(fù)載。其ad轉(zhuǎn)換通道對(duì)負(fù)載電路的舉行采樣，假如電流過(guò)載，則單片機(jī)停止輸出周期性脈沖信號(hào)給動(dòng)態(tài)電路，斷開(kāi)與電源相連的組，切斷電源供應(yīng)，以保證系統(tǒng)平安。開(kāi)關(guān)量控制單元的硬件結(jié)構(gòu)2所示。32 硬件設(shè)計(jì)(can通信部分)at90can128的晶振頻率在5 v時(shí)可以達(dá)到16mhz，其與can總線(xiàn)的硬件銜接3所示。本設(shè)

7、計(jì)中，can通信采納at90can128內(nèi)置的can控制器與cantja1050經(jīng)高速光耦6n137相銜接。tja1050速率高，最高可達(dá)1 mbps，提供總線(xiàn)與電源及地之間的短路庇護(hù)。其引腳8(stb)用于選定工作模式，有兩種工作模式可供挑選：高速或待機(jī)。這里，引腳8接地，挑選高速模式，高速模式是tja1050的正常工作模式。假如引腳接高電平，則tja1050將進(jìn)入待機(jī)模式，發(fā)送器被關(guān)閉。高速光耦6n137起隔離控制器與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的作用，可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。電路采納自立的電源供電，有效地避開(kāi)了外界變幻對(duì)通信的影響。33 軟件設(shè)計(jì)can總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)要有效、實(shí)時(shí)地完成通相信務(wù)，軟件的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。

8、can總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括can控制器的初始化、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送程序。主程序通過(guò)調(diào)用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。331 can初始化為了正確地實(shí)現(xiàn)通信，這一部分要對(duì)波特率，標(biāo)識(shí)碼寄存器can、標(biāo)識(shí)碼屏蔽寄存器canidm，發(fā)送與接收mob的頁(yè)號(hào)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、中斷開(kāi)啟、mob使能等內(nèi)容作出設(shè)置。本設(shè)計(jì)采納can20a協(xié)議，即標(biāo)識(shí)符為11位。將標(biāo)識(shí)碼寄存器canidt1設(shè)置為開(kāi)關(guān)量控制單元的地址addr，其余的標(biāo)識(shí)碼寄存器設(shè)置為0。該地址只用法一個(gè)8位寄存器，因此標(biāo)識(shí)碼屏蔽寄存器只需設(shè)置canidm1為0xff，其余的標(biāo)識(shí)碼屏蔽寄存器設(shè)置為0。由4個(gè)標(biāo)識(shí)碼寄存器canidt、標(biāo)識(shí)碼屏蔽寄存器

9、canidm組成驗(yàn)收，信息惟獨(dú)通過(guò)它的驗(yàn)收濾波才干被接收。全部驗(yàn)收屏蔽寄存器為0的位，驗(yàn)收碼寄存器和can信息幀對(duì)應(yīng)位必需相同才干驗(yàn)收通過(guò)；而全部驗(yàn)收屏蔽寄存器為1的位，驗(yàn)收碼寄存器對(duì)應(yīng)位的驗(yàn)收濾波功能則被屏蔽。本例中只接收id為addr的信息。332 發(fā)送子程序發(fā)送時(shí)只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式送入發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動(dòng)發(fā)送即可。333 接收子程序消息的接收采納中斷方式實(shí)現(xiàn)。首先要關(guān)閉接收中斷，然后設(shè)置canpage寄存器來(lái)指定接收的頁(yè)數(shù)，隨后由cancdmob寄存器來(lái)控制接收動(dòng)作。當(dāng)有消息到達(dá)時(shí)，將觸發(fā)canstmob寄存器中的rxok中斷，消息中的數(shù)據(jù)將被裝載到canmsg寄存器中。結(jié) 語(yǔ)本文具體介紹了以at90can128微