基于CAN總線的數據采集記錄裝置設計

　　1.緒論

　　現場總線作為生產現的場數據通信與控制的網絡技術，在測量控制領域隨著信息技術的發展已得到廣泛的應用。現在的工業現場總線控制網絡技術已經被認為是一種比較的成熟的技術，同時也被認為是目前最具有前途的一種現場總線之一。然而，CAN現場總線作為一種面向工業底層控制的通信網絡，其局限性也是顯而易見的。首先，它不能與Internet互連，不能實現遠程信息共享。其次，它不易與上位控制機直接接口。因此，我們在本文中引入以太網技術。

　　以太網是在上個世紀70年代為連接多個實驗室而開發出的一種局域網技術，隨著互聯網技術和計算機的迅猛發展，以太網已成為當今世界上應用范圍最廣、最為常見的一種網絡技術。他在工業控制中的優勢是顯而易見的：首先，基于TCP/IP協議的以太網是一種標準開放式的網絡，由其組成的系統兼容性和互操作性好，資源共享能力強，可以很容易的實現將控制現場的數據與信息系統上的資源共享；其次，數據的傳輸距離長、傳輸速率高，而且很容易與Internet連接。

　　本設計利用基于ARM7內核的LPC2294處理器，在深入分析了以太網、TCP/IP協議和CAN總線的基礎上，實現了兩路CAN總線和以太網的通信互聯。

　　2.系統硬件結構設計

　　本設計使用的處理器是PHIIPS公司推出的LPC2294,他是一款基于支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI內核，功能強大且功耗低。

　　其顯著的優點是非常適合于通訊網關、協議轉換器以及其它各種類型的應用。設計中圍繞LPC2294內核，進行了最小系統和相應的擴展器件電路設計，設計里包括了復位電路、晶振電路、電源電路等關鍵電路。

　　2.1 系統電源電路設計

　　由于核心控制器LPC2294需要2組電源：

　　1.8V的內核供電電源和3.3V的IO口供電電源，而以太網控制器RTL8019AS需要的供電電源為5V.因此，我們設計了3個電壓轉換電路：采用降壓穩壓器LM1575將輸入電壓轉換為穩定的5V輸出，再通過低壓差（LDO）穩壓器SPX1117M-3.3把LM1575穩壓輸出的5V作為輸入電源，轉換為3.3V輸出電源，同時利用SPX1117M-1.8得到了1.8V電源。

　　2.2 以太網電路設計

　　以太網通信模塊采用了以太網控制器RTL8019AS（5V供電）和隔離接口HR90117A的組合方式。設計中使用兩路CAN進行數據采集，由于LPC2294具有4路CAN控制器，其功能與SJA1000相似，因此只需外接兩個高速CAN隔離收發器便可達到通信的目的[2].

　　2.3 CAN電路設計

　　CAN總線模塊是本設計的核心部分，負責實現數據采集的功能。設計中使用的CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發器芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發器件，這些都被集成在不到3平方厘米的芯片上，芯片的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平并且具有DC2500V的隔離功能及ESD（Electro-Static Discharge,靜電釋放）保護作用。

　　本記錄儀使用CTM1050T向上兼容的3.3V和5V CAN控制器，實現了兩路CAN數據采集，所以LPC2294和CTM1050T之間數據發送接收引腳可以直接連接，同時我們還需加入一個電阻阻值為20Ω的終端電阻來提高數據通信的抗干擾性及可靠性。

　　3.系統軟件設計

　　3.1 程序設計開發環境及設計流程

　　設計以VC++6.0為開發環境，C語言為開發語言，首先完成了系統的移植，接著完成了RTL8019AS軟件設計與CAN控制器軟件設計，實現了CAN與以太網網關協議轉換。

　　3.2 μc/os-Ⅱ的移植

　　為了使一個內核能夠運行在微處理器或微控制器上，我們首先需要做的便是進行移植。完成移植的過程中我們修改了3個和CPU相關的文件，分別是os_cpu.h、os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c,移植的過程中發現：

　　根據處理器的不同，一個移植實例需要編寫或改寫的代碼數量不盡相同，可能介于50~500行之間。

　　3.3 RTL8019AS軟件設計

　　RTL8019AS的工作模式有查詢和中斷兩種模式，本設計中考慮到實時性、多任務，以最大限度的利用CPU與μc/os-Ⅱ系統的實時性、提高系統的響應速度為目的，采用了中斷的方式來實現RTL8019AS的收發功能。