適用于變電站的CAN現(xiàn)場總線通信適配卡的設計

3、CAN通訊適配卡的結構
這里研制的CAN適配卡由ISA接口、雙口RAM、微控制器89C52、CAN通 信控制器SJA1000、CAN收發(fā)器82C250、數(shù)據(jù)緩存器、地址譯碼與控制邏輯和中 斷信號控制邏輯等部分組成。其硬件結構框圖如圖1所示。

3.1雙口RAM及控制電路
PC機與CAN控制器之間要進行數(shù)據(jù)的傳送，必須在PC機和適配卡上的微處理器 之間建立雙向的數(shù)據(jù)通道［5］。這里采用共用外部數(shù)據(jù)存儲器的方法。集成雙口R AM是一種性能優(yōu)良的快速通信器件，適用于多CPU分布式系統(tǒng)及高速數(shù)字系統(tǒng)中，它 有兩路完全獨立的端口，每個端口都有完整的地址和數(shù)據(jù)控制線，這里采用IDT7006雙 口RAM。對于雙口RAM的應用，一個很重要的問題就是必須避免兩個端口的爭用，兩 邊同時讀/寫同一地址單元。但只要遵循一定的通信規(guī)則，使用合理的控制邏輯電路是可以 避免爭用現(xiàn)象的。這里采用可編程邏輯器件EPM7128S來實現(xiàn)。EPN171285是一種典 型的EPLD器件，采用了先進的CMOS EEPROM技術，內(nèi)含2 500個邏輯門和128個宏單 元，可以在PCB板上直接對芯片進行編程。在該適配卡中，EPM7128S主要完成數(shù)據(jù) 總線的驅(qū)動、中斷信號處理以及共享存儲器和數(shù)據(jù)緩沖器的地址譯碼。

適配卡上的雙口RAM使用內(nèi)存映像的方式直接映射到主機內(nèi)存空間，實現(xiàn)適配卡與主機 的數(shù)據(jù)交換［6］。內(nèi)存映象法是將適配卡的數(shù)據(jù)存儲地址配置于PC機的主存儲 器的高端，PC機可以采用寫主存儲器的方式將數(shù)據(jù)直接寫在適配卡的數(shù)據(jù)存儲器中， PC機不訪問適配卡的微控制器時就可以讀寫數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)。

3.2微控制器電路
微控制器采用ATMEL公司的89C52，它與MCS51系列完全兼容，帶有8k字 節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash和256B的片內(nèi)RAM。它主要承擔節(jié)點與PC機之間的數(shù) 據(jù)通信和協(xié)調(diào)管理工作。

當89C52與CAN總線通信時，通常由于總線上所掛的節(jié)點有多個，所以需要在適配卡 上設計一個數(shù)據(jù)緩沖器，用于暫存由節(jié)點上發(fā)來的數(shù)據(jù)。考慮到變電站需要測控的節(jié)點較多 ，所以選用容量較大的緩沖器，這里選用DS1245。它是DALLAS公司生產(chǎn)的全靜態(tài)非 易失性保護RAM，容量為128kbit，在芯片內(nèi)部有鋰電池和掉電保護電路，可防止因 適配卡掉電引起的測量數(shù)據(jù)丟失。

由于適配卡的工作環(huán)境干擾很嚴重，使得電路調(diào)試比較復雜且故障率也較高，本卡設計了三 種復位方式［7］。一種為上電復位方式，即在PC機通電時，同時對適配卡也進 行復位；第二種為在調(diào)試時出現(xiàn)故障，使用手動復位鍵進行復位；第三種方式為軟件復位， 這種方法是使用初始化模塊中的軟件指令對適配卡進行復位。

3.3通信控制器
CAN通信控制器采用PHILIPS公司的SJA1000，它是一種獨立的CAN控制器， 主要應用于移動目標和一般的工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域控制。在本適配卡中SJA1000主要完成 具體的報文發(fā)送和報文接收。SJA1000的基本特點有：

(1)具有擴展的64字節(jié)接受緩沖器，先進先出（FIFO）；

(2)支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議；

(3)支持11位和29位的標識碼；

(4)通信速率可達1Mbps；

(5)24MHz時鐘頻率；

(6)可與不同的微處理器接口；

(7)可編程的CAN輸出驅(qū)動器配置；可工作于BasicCAN和PeliCAN兩種狀態(tài)。

CAN控制器的內(nèi)部采用模塊結構，由七個部分組成：接口管理邏輯（IML）用于解釋 來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址，向主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息；發(fā) 送緩沖器（TXB）是CPU與BSP之間的接口，緩沖器可以存儲有13個字節(jié)的一條 完整的報文；接收緩沖器（RXB）是接收濾波器和CPU之間的接口，用于存儲從CAN總線上接收并被確認的信息；驗收濾波器（ACF），用于對接收到的標識碼進行驗收 ，以決定是否接收下這條報文；位流處理器(BSP)是一個在發(fā)送緩沖器、RXFIFO和CAN總線之間控制數(shù)據(jù)流的隊列發(fā)生器，它還執(zhí)行總線上的錯誤檢測、仲裁、填充和 錯誤處理；位時序邏輯（BTL），用于監(jiān)視串行的CAN總線和位時序；錯誤管理邏輯 （EML），用于限制傳輸層模塊的錯誤。

3.4輔助電路
CAN控制器SJA1000并不能直接與總線相連，還要通過總線驅(qū)動器才能接于總線上。 本適配卡采用82C250總線驅(qū)動器，為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000 的TX0和TX1通過高速光耦6N137后與82C250相連，使得總線上的各節(jié)點 具有很好的電氣隔離。