DS80C390雙CAN總線分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1　引　　言

CAN總線的全稱是ControllerAreaNetworkBus,簡稱控制器局部網(wǎng)總線,它是現(xiàn)場總線的一種,是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用兩級總線式結(jié)構(gòu),兩級總線之間采用轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行連接,這種結(jié)構(gòu)比環(huán)型結(jié)構(gòu)信息吞吐率低,并且無源抽頭連接,通信介質(zhì)用雙絞線,系統(tǒng)可靠性高。經(jīng)過二十年的發(fā)展,CAN總線憑借其卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì),越來越受到工業(yè)界的重視,并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN總線具有高可靠性、實(shí)時性和靈活性,它的特點(diǎn)如下:(1)方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng),可以多主方式工作,而不分主從,通信方式靈活。(2)通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km,通信速率最高可達(dá)1Mbps40m,網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先等級,可以滿足不同的實(shí)時要求。(3)每幀信息都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯措施,保證了數(shù)據(jù)的出錯率極低。

本文以美國Dallas公司的內(nèi)部帶2個獨(dú)立CAN模塊的DS80C390芯片為核心設(shè)計(jì)一種雙CAN總線分層分布式監(jiān)控系統(tǒng),并在電力系統(tǒng)同步靜止補(bǔ)償器(STATCOM)上得到應(yīng)用。

2智能雙CAN總線節(jié)點(diǎn)

美國Dallas公司的高檔單片機(jī)DS80C390是內(nèi)置雙CAN模塊的嵌入式高速微處理器芯片:每個機(jī)器周期僅包含4個時鐘周期,比8051單片機(jī)快四倍;支持最大晶振頻率為40MHz,單指令周期100ns;與80C52兼容且與8051指令兼容;有4個8位IO端口、3個16位定時器、256字節(jié)RAM、4kB內(nèi)部靜態(tài)SRAM、16個中斷源其中有6個外部中斷源;具有雙串行口、雙CAN口和雙數(shù)據(jù)指針。

采用DS80C390單片機(jī)作為核心的智能CAN節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由DS80C390單片機(jī)、8255、A/D轉(zhuǎn)換以及PCA82C250CAN收發(fā)器組成。外部程序存儲器選用Atmel公司的AT49F010芯片,最快讀時間45ns,擦除周期時間10s;數(shù)據(jù)存儲器選用HY628100SOP,該芯片是一種高速CMOS靜態(tài)RAM;AD轉(zhuǎn)換器ADS7864是德州儀器(TI)公司Burr-Brown產(chǎn)品部最新推出的快速6通道全差分輸入的雙12位AD轉(zhuǎn)換器,它能以500kHz的采樣率同時進(jìn)行六通道信號采樣。時鐘芯片選擇DS12887,可以用來直接代替IBMPC上的時鐘日歷芯片;CAN收發(fā)器接口電路是用PHILIP公司生產(chǎn)的PCA82C250實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換,以滿足CAN的通信要求,并可以調(diào)整轉(zhuǎn)換速度和防止出現(xiàn)大的干擾,負(fù)責(zé)將總線節(jié)點(diǎn)連接到總線上。

智能雙CAN節(jié)點(diǎn)功能主要包含如下:讀取撥碼開關(guān)的值,并以此數(shù)據(jù)作為ID的一部分,進(jìn)行ID的設(shè)定;啟動AD轉(zhuǎn)換,每個轉(zhuǎn)換通道在交流每周波采集1000點(diǎn),即每20Ls轉(zhuǎn)換一次,數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中,當(dāng)上位機(jī)召喚數(shù)據(jù)時,由CAN發(fā)送出去;啟動日歷時鐘,當(dāng)發(fā)生故障時,記錄下故障時間,并產(chǎn)生外部中斷申請INT0或INT1。