基于P87C591單片機的信號采集節點的設計

　介紹了CAN總線和P87C591單片機的特點,給出了基于P87C591單片機的信號采集節點的軟、硬件設計,指出了硬件電路設計中應注意的問題,在軟件設計中重點介紹了節點初始化、報文發送和報文接收等子程序。

　　1 引言

　　在工程機械液壓系統狀態監測與故障診斷中，傳感器信號的調理、采集和信號的特征提取，以及把采集的數據發送給主機(中心處理單元)要由信號采集單元實現。本文介紹了基于P87C591的CAN總線系統信號采集節點的設計。

　　CAN是1986年2月在SAE (汽車工程人員協會)大會上， 由Rober Bosch公司提出的新總線系統，稱之為“汽車串行控制局域網”(Automotive Se.rial Controller Area Network)，它是最主要的總線協議之一。由于CAN總線采用了許多新技術及獨特的設計，使得它與一般的通信總線相比具有突出的可靠性、實時性和靈活性，從而使其應用范圍不斷擴展。目前，CAN已經形成國際標準，并被公認為是最有前途的現場總線之一。

　　P87C591是Philips半導體公司推出的單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器，是從80C51微控制器家族派生而來。它采用80C51指令集并包括了Philips公司SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。P87C591微控制器采用先進的CMOS工藝，設計用于汽車和通用的工業應用。 P87C591組合了P87C554 (微控制器)和SJAIO00(獨立的CAN控制器)的功能，還具有以下增強型特性：

　　增強的CAN接收中斷

　　擴展的驗收濾波器

　　驗收濾波器可動態變化

　　2 信號采集節點硬件電路設計

　　2.1 硬件電路設計

　　信號采集節點直接固定在工程機械液壓系統的主要測點上，主要由MCU、信號調理、A/D轉換、數字量輸入模塊、存儲器和CAN總線接口組成。信號采集節點選擇具有片內CAN控制器的高性能8位單片機P87C591作為處理器，可以完成基本的模擬量和數字量的采集及CAN總線通訊。該采集模塊有8路模擬輸入和4路光電耦合數字(開關)量輸入，模擬輸入前3路是專為ICP振動傳感器設計，其余5路均可通過跳線選擇0 V～5 V電壓輸入或4mA～20 mA電流環輸入.以適應不同類型傳感器的需要。圖1為信號采集節點硬件結構示意圖。

　　
圖1 信號采集節點硬件結構。

　　信號采集單元與主機(中心處理單元)之間通過四芯電纜連接，其中兩芯為CAN總線信號線(CANH和CANL).另外兩芯為電源線，可為信號采集單元各部分提供電源。

　　2.2 電路設計需要注意的問題

　　TJA1050是高速CAN收發器.是控制器區域網絡(CAN)協議控制器與物理總線之間的接口。

　　TJA1050可以為總線提供不同的發送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能O TJA1050可以選擇兩種工作模式：高速模式和靜音模式。高速模式是普通的工作模式，將引腳8接地可以進入高速模式，如果引腳8沒有連接.高速模式則為默認的工作模式。將引腳8連接到Vcc可以進入靜音模式，靜音模式可以防止在CAN控制器不受控制時對網絡通訊造成堵塞，在靜音模式中，發送器是禁止的，但是器件的其他功能可以繼續使用。

　　總線的兩端要連接兩個120 n 的電阻，對匹配總線阻抗起著重要的作用。如果忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信。

　　3 信號采集節點軟件設計

　　信號采集節點的軟件設計主要有：節點初始化、報文發送、報文接收、CAN總線錯誤處理、CAN總線中斷處理等。本文重點介紹節點初始化、報文發送和報文接收。

　　3.1 節點初始化

　　在上電或硬件復位后，CAN控制器處于復位模式。如果CAN控制器不處于復位模式，置位模式寄存器RM位使其進入復位模式。CAN控制器復位后，必須初始化實現CAN通信，其內容主要有：操作模式、驗收濾波器、總線定時及中斷等。其中，定時器用來設置CAN總線上數據傳輸的波特率，注意總線上各節點的波特率須一致，否則將導致數據傳輸錯誤。信號采集節點初始化流程如圖2所示。