利用epp并行口實(shí)壩pc機(jī)之間通信的can總線設(shè)計(jì)_secret

1、利用EPP并行口實(shí)壩PC機(jī)之間通信的CAN總線設(shè)計(jì)摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了EPP并行口及CAN獨(dú)立控制器s31000。并深入研究PC對(duì)SJAl000的讀寫。根據(jù)讀寫時(shí)序的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)了兩套硬件方案。同時(shí)。結(jié)合在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，指出了一些在CAN總線協(xié)議使用上需要注意的地方。關(guān)鍵字：EPP并行口 CAN總線 SJAl000 網(wǎng)絡(luò)適配卡l引言CAN(ControUer Area Network)總線作為現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，與其他總線相比可靠性高性價(jià)比合理。其主要特點(diǎn)有：(1)多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)；(2)借助接收濾波實(shí)現(xiàn)多地址的幀傳送；(3)短幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，受干擾率低；(4)發(fā)送

2、期間丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)；(5)對(duì)于嚴(yán)重錯(cuò)誤具有自動(dòng)關(guān)閉總線功能，使總線其他操作不受影響；(6)不關(guān)閉總線即可任意掛接或拆除節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性；(7)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使各設(shè)備之間具有較好的互操作性、互換性和通用性等。正是由于CAN總線的這些優(yōu)良性能，目前已應(yīng)用于船舶制造、工業(yè)控制、建筑保安系統(tǒng)中，而且正成為許多領(lǐng)域的發(fā)展方向。2 EPP并行口 為了實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸，數(shù)據(jù)通信已經(jīng)成為自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串、并行口是PC機(jī)的基本部件之一，利用計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串、并 行口來(lái)作為PC機(jī)與CAN總線的通信接口，既方便又經(jīng)濟(jì)。但是由于串行通訊口

3、的通訊效率較低，難以完成大量、實(shí)時(shí)性高的數(shù)據(jù)傳輸工作，而傳統(tǒng)的SPP并行 口只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單向傳輸，但高級(jí)并行接口(EPP)則可以進(jìn)行高速的雙向數(shù)據(jù)傳輸，是進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N理想選擇。2.1 EPP概述 增強(qiáng)型并行口EPP(Enhanced Parallel Port)是一種與標(biāo)準(zhǔn)并行口SPP(Standard Parallel Port)兼容的高性能的并行連接口。在實(shí)際應(yīng)用中，由于EPP并行口具有8位雙向數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口和控制端口，因此，EPP可作為8位總線，靈活使 用。EPP協(xié)議又極大地改善了PC機(jī)并行口的數(shù)據(jù)傳輸能力，使得并行口的數(shù)據(jù)傳輸速率可以很容易達(dá)到l一2Mbps。EPP協(xié)議

4、定義了各種單雙向信號(hào)以 滿足各自的特殊需要。22 EPP寄存器介紹EPP協(xié)議定義的信號(hào)分別對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的寄存器，在PC機(jī)中，并行口l寄存器的基地址一般為378H，該地址包含讀入和讀出兩個(gè)寄存器的雙緩沖寄存器，對(duì)應(yīng)ADOAD7雙向數(shù)據(jù)地址端口；輸入操作EPP信號(hào)的定義及其描述表l表l列出了EPP信號(hào)的定義及其描述。并行口引腳號(hào)EPP信號(hào)數(shù)據(jù)方向定義lWRITE輸出低電平寫，高電平讀29ADO7雙向雙向數(shù)據(jù)地址線lOINTR輸入外設(shè)中斷l(xiāng)lWAIT輸入握手信號(hào)12用戶定義輸入按不同的外設(shè)自定義13用戶定義輸入按不同的外設(shè)自定義14DATASTB輸出低電平有效，表示正在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫15用戶定義輸入按

5、不同的外設(shè)自定義16RESET輸出低有效，外設(shè)復(fù)位17ADDSTB輸出低電平有效，表示正在進(jìn)行地址讀寫1825GND信號(hào)地注：輸出，表示由計(jì)算機(jī)發(fā)向外設(shè)；輸入，表示由外設(shè)發(fā)向計(jì)算機(jī)。加“”表示信號(hào)低電平有效。EPP寄存器定義表2378HAD7AD6AD4AD4AD3AD2ADlADO379HWAllrINTR自定義自定義自定義無(wú)定義無(wú)定義無(wú)定義37AH無(wú)定義無(wú)定義READ ENABLEIRQ ENBALEADDSTBBESTEDATA/write時(shí)使用輸入寄存器，輸出操作時(shí)使用輸出寄存器。單向狀態(tài)端口和單向控制端口的寄存器地址分別為379H和37AH，其定義見(jiàn)表2。這三個(gè)寄存器是與標(biāo)準(zhǔn)并行口S

6、PP兼容的，但實(shí)際上除了這三個(gè)寄存器之外，EPP還定義了其它幾個(gè)寄存器。EPP不需要從主機(jī)送來(lái)的信號(hào)就能執(zhí)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)時(shí)，總線自動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)選通信號(hào)。同樣，從端口讀人數(shù)據(jù)時(shí)也是自動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)選通信號(hào)來(lái)表示系統(tǒng)正準(zhǔn)備接收下一批數(shù)據(jù)。3 CAN獨(dú)立控制器SJAl000sJAl000是一種獨(dú)立控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制(CAN)，是Philips半導(dǎo)體PCA82C200 CAN控制器(BasieCAN)的替代產(chǎn)品。其基本特性有：(1)引腳與PCA82C200獨(dú)立CAN控制器兼容。(2)有擴(kuò)展的接收緩沖器64字節(jié)，先進(jìn)先出(FIFO)；(3)支持CAN

7、20A和CAN20B協(xié)議；(4)通信位速率可達(dá)IMbps。而且它增加了一種新的工作模式(PeliCAN)，這種模式支持具有很多新特性的CAN20B協(xié)議。4CAN總線收發(fā)器PCA82C250PCA82C250是CAN控制器和物理總線間的接口。器件可以提供對(duì)總線差動(dòng)發(fā)送、接收的能力。采用雙線差分驅(qū)動(dòng)，有助于抑制汽車等惡劣電氣環(huán)境下的瞬間干擾。其主要特性有：(1)與ISODIS 11898標(biāo)準(zhǔn)全兼容；(2)高速性，最高可達(dá)IMbps；(3)具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾能力，保護(hù)總線能力；(4)降低射頻干擾的斜率控制；(5)熱保護(hù)；(6)總線與電源及地之間的短路保護(hù)；(7)低電流待機(jī)方式；(8)掉電自動(dòng)

8、關(guān)閉輸出；(9)可支持多達(dá)110個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接等。5適配卡設(shè)計(jì)CAN總線的卓越性能為工業(yè)控制提供了一種可靠的數(shù)據(jù)通信，為了擴(kuò)展CAN總線的監(jiān)控和管理功能，應(yīng)設(shè)計(jì)一塊適配卡，連接PC機(jī)的并行口，該卡上具備CAN接口和PC接口特性，它完成的任務(wù)主要是PC機(jī)與總線之間的通信。 為此，適配卡的主要組成有：CAN總線控制器(sJAl000)、CAN總線驅(qū)動(dòng)器(PCA82C250)、EPP并行端口。sJAl000是集成的獨(dú) 立CAN控制器，它負(fù)責(zé)完成CAN總線通信協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。sJAl000片含有控制寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器和收發(fā) 寄存器。PC機(jī)通過(guò)讀寫這些寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)

9、sJAl000的控制；芯片的TX0、TXl、RX0、RXl引腳用于與CAN總線的接口。PCA82C250 是專門用于CAN總線收發(fā)驅(qū)動(dòng)的9腳芯片，TXD、RXD引腳分別接收和發(fā)送驅(qū)動(dòng)后的信號(hào)；CANH、CANL引腳接至雙絞線或同軸電纜等傳輸介質(zhì)。使用 PCA82C250可以擴(kuò)大通信距離，能提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾，實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。sJAl000的中斷輸出信號(hào)INT接到EPP 的INTR中斷后，通過(guò)中斷方式實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與CAN控制器的通信。由于SJAl000的中斷輸出信號(hào)是低電平有效，而EPP的中斷信號(hào)是高電平有效，所以 在他們的連線之間必須加一個(gè)反向器。根據(jù)通信讀寫時(shí)序的產(chǎn)生，

10、設(shè)計(jì)了一種由軟件產(chǎn)生讀寫時(shí)序的電路和一種由硬件產(chǎn)生讀寫時(shí)序的電路。51軟件產(chǎn)生讀寫時(shí)序電路連線說(shuō)明：sJAl000的ADOAD7直接與EPP并行口的ADOAD7相連；ALE直接與nWrite相連；RD,WR分別與nAddStrobe和nDataStrobe相連；INT的引線反向后與EPP的INTR相連(如圖l所示)。此種電路設(shè)計(jì)需要軟件產(chǎn)生訪問(wèn)外設(shè)芯片所需的讀寫時(shí)序。在我們的應(yīng)用程序中，對(duì)sJAl000的讀寫函數(shù)分別為ReadReg和SetReg，用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)如下(如表3所示)：52硬件產(chǎn)生讀寫時(shí)序連線說(shuō)明：nWAIT信號(hào)為外設(shè)發(fā)送給PC的握手信號(hào)，以便PC在訪問(wèn)慢速外設(shè)時(shí)插入等待周期。讀寫

11、函數(shù)表表3void SetReg(im port，int Value)通過(guò)雙向口向sJAl000發(fā)送數(shù)據(jù)，port為sJAl000寄存器的地址，value為要設(shè)置的值im ReadReg(int port)讀取SJAl000寄存器的值，port為sJAl000寄存器的地址，返回的值為該寄存器的值_sflmmov esx，0臨時(shí)寄存器清零mov dx，37ahmov al，0dShout dx，alWRITE高，ALE低電平，地址選通mov dx，378hmov eax，portout dx，al將要訪問(wèn)的sIAl000寄存器地址放上數(shù)據(jù)線mov dx，37ahmov a1，0d4hout dx

12、，alWRITE高。ALE高，將地址信號(hào)鎖存mov a1，0d5hout dx，alWRITE高，ALE為低電平，地址選通mov dx，378hmDv eax，valueout dx，al把要寫的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線mov dx37aImov a1.0ddhout山且JWRITE低，可寫，ALE低，地址選通，將數(shù)據(jù)寫入sJAl000mov aI，0d5hout(1x，al復(fù)位，WRITE為低，ALE低int retumcode=0：asmmoe,sx，0mov dx，37alImov a1，0d5hout dx，alREAD為低電平，ALE低，地址選通lnov dx，378hmov esx，por

13、tout dx，al將要訪問(wèn)的sJAl000寄存器地址放上數(shù)據(jù)線mov(b，37ahmov a1，0d4hout dx，alREAD低，ALE高，將地址鎖存mov a1.0d5hout dxalREAD低，ALE低，地址選通mov dx37aIlmov a1.0d7hREAD為低，ALE低，數(shù)據(jù)被送上數(shù)據(jù)線out cb，almov a1.0f7hout dxal，lREADENABLE為1允許數(shù)據(jù)讀入mov eax0mov dx，378hm al，dx，從效據(jù)總線讀人寄存器mov returneode。eaxnov dx，37ahmov a1，0f5hout dx，aLREAD高，ALE低mo

14、v a1，0d5hout dx，al恢復(fù)，關(guān)掉READENBLEieturn retumcode；注：向控I端口37AH的ADDSTB，DATASTB，WRITE位寫入1時(shí)，并行口17、14和1；I腳均為低電平；相反寫入0時(shí)，三個(gè)引腳均為高電平。 SJAl000的訪問(wèn)時(shí)間在40ns以內(nèi)，所以PC在訪問(wèn)sJAl000時(shí)完全可以不用插入等待周期。nWAIT可由nAddrStrobe和 nDataStrobe信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)與非門后產(chǎn)生。由于sJAl000的ALE是下降鎖存地址信號(hào)，所以將nAddrStrobe反相后與ALE相連。在 EPP的數(shù)據(jù)讀寫周期時(shí)，sJAl000的RD和WR控制信號(hào)應(yīng)該有效，而

15、在地址讀寫周期時(shí)應(yīng)該無(wú)效。sJAl000的RESET腳與并行端口的 nRESET腳相連，由PC機(jī)向sJAl000提供復(fù)位信號(hào)。地址數(shù)據(jù)讀寫說(shuō)明：握手信號(hào)nWAIT由nAddrStrobe和 nDataStrobe信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)與非門后再延遲一段時(shí)間產(chǎn)生，然后可利用EPP并行口的數(shù)據(jù)地址周期來(lái)產(chǎn)生sJAl000芯片的讀寫時(shí)序。 sJAl000芯片的讀寫時(shí)序分為地址鎖存和數(shù)據(jù)讀寫。地址鎖存解決的是地址的寫入和地址鎖存信號(hào)的產(chǎn)生；數(shù)據(jù)讀寫是數(shù)據(jù)的讀寫以及相應(yīng)的讀寫控制信號(hào)的 產(chǎn)生。所以，可以利用EPP的地址寫周期來(lái)產(chǎn)生SJAl000讀寫時(shí)序的地址鎖存部分，并用EPP并行口的數(shù)據(jù)讀寫周期來(lái)產(chǎn)生SJAl0

16、00讀寫時(shí)序的數(shù) 據(jù)讀寫部分。數(shù)據(jù)寫周期的時(shí)序如圖3所示，其步驟如下：(1)程序向EPP的DATA端口發(fā)送一個(gè)IO寫周期命令；(2)插入nWRITE信號(hào)，同時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在并行端口數(shù)據(jù)線上；(3)當(dāng)nWAIT信號(hào)變成低電平之后，插人數(shù)據(jù)選通信號(hào)；(4)端口等待來(lái)自外設(shè)的應(yīng)答信號(hào)(取消nWAlT信號(hào))；(5)取消數(shù)據(jù)選通信號(hào)，EPP周期結(jié)束；數(shù)據(jù)讀周期的時(shí)序如圖4所示，其讀數(shù)據(jù)的步驟如下：(1)程序中向EPPDATA端口發(fā)送一個(gè)IO讀周期命令；(2)當(dāng)nWAIT信號(hào)變成低電平之后，插入數(shù)據(jù)選通信號(hào)；(3)端口讀取數(shù)據(jù)位，取消數(shù)據(jù)選通信號(hào)；(4)端口等待來(lái)自外設(shè)的應(yīng)答信號(hào)(取消nWAIT信號(hào))；(5)

17、EPP周期結(jié)束；(6)ISA周期結(jié)束。地址寫和地址讀周期除了把nDataStrobe信號(hào)替換成nAddStrobe之外完全一樣。相關(guān)引腳直值表如表4所示。53兩種設(shè)計(jì)的比較 實(shí)驗(yàn)表明，采用軟件產(chǎn)生讀寫時(shí)序設(shè)計(jì)的硬件比較簡(jiǎn)單，便于調(diào)試，但是程序編寫比較復(fù)雜(需編寫程序產(chǎn)生SJAl000的讀寫時(shí)序)；用硬件產(chǎn)生讀寫時(shí)序 設(shè)計(jì)的硬件稍微復(fù)雜，硬件調(diào)試也復(fù)雜一些，但是應(yīng)用程序的編寫要簡(jiǎn)單一些(不用編寫程序產(chǎn)生SJAl000的讀寫時(shí)序)，而且端口讀寫的速度也快得多。6設(shè)計(jì)中存在的幾個(gè)問(wèn)題(1)PCA82C250第8腳與地之間的電阻Rs稱為斜率電阻，它的取值決定了系統(tǒng)處于高速工作方式還是斜率控制方式。把該

18、引腳直接與地相連，系統(tǒng)將處于高速工作方式。在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使相關(guān)引腳的真值表表4nDatanAddrnWriteWRRDALE備注0l00l0數(shù)據(jù)讀，地址鎖存OlllO0數(shù)據(jù)寫，地址鎖存l000ll地址寫，地址選通lO1l0l地址讀，地址選通1l0ll0地址數(shù)據(jù)均無(wú)效等待llllll地址數(shù)據(jù)均無(wú)效，等待注：標(biāo)加“”表示低電平有效。加字母“n”表示是并行口的引腳。因?yàn)榈刂泛蛿?shù)據(jù)不能同時(shí)被選通，所以，真值表中就不列出它們同時(shí)被選通的情況。用屏蔽電纜作總線；而在波特率較低、總線較短時(shí)，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于Rs的阻值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，15200k為Rj較理想的取值范圍。在這種方式下，可以使用平行線或雙絞線作總線。(2) SJAl000的TXl引腳懸空，RXl引腳的電位必須維持在約O5Vce上，否則將不能形成CAN協(xié)議所要求的電平邏輯。如果系統(tǒng)傳輸距離近，環(huán)境干 擾小，可以不用電流隔離，這樣可以直接把PCA82C250的VRFF端(約為05Vcc)與RXl腳相連，從而簡(jiǎn)化電路。(3)必須將sJAl000的中斷信號(hào)取反之后才能接到PC機(jī)并行口的中斷引腳上，這樣才能保證硬件中