基于CAN總線和DSP的雙層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4 CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計(jì)

雙層CAN總線網(wǎng)絡(luò)的主要接口包括采集單元的CAN總線接口、DSP中間控制器的雙CAN總線接口和頂層控制中心的CAN總線接口。其中采集單元的CAN總線接口采用標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線接口，這里不再贅述。而頂層控制中心一般為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，可通過CAN通信卡直接連接到CAN總線網(wǎng)絡(luò)上，因此也無需多做說明，下面重點(diǎn)介紹具有雙CAN總線接口的DSP中間控制器的雙CAN總線接口的設(shè)計(jì)。

4.1 DSP芯片介紹

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要兼顧速度特性和穩(wěn)定性,TMS320LF2407A是TI公司的一款內(nèi)置CAN模塊的DSP芯片，工作電壓3.3V。它具有內(nèi)在的操作靈活性,高速的運(yùn)算能力等特點(diǎn)。DSP中間控制器就以這款芯片作為主控芯片。

TMS320LF2407A的CAN模塊完全支持CAN2.0A/B協(xié)議，CAN控制器模塊是一個(gè)完全的CAN控制器，具有可編程的位定時(shí)器、中斷配置可編程、可編程的CAN總線喚醒功能、自動(dòng)回復(fù)遠(yuǎn)程請(qǐng)求、總線錯(cuò)誤診斷等功能，可以工作在標(biāo)準(zhǔn)模式和擴(kuò)展模式，內(nèi)置6個(gè)郵箱完成數(shù)據(jù)收發(fā)，可進(jìn)行自測(cè)試，CAN模塊內(nèi)各部分的結(jié)構(gòu)和功能基本上和流行的PHILIPS增強(qiáng)型CAN控制器SJAl000相同。

4.2 DSP中間控制器上層CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)

在上層CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)中，核心芯片TMS320LF2407A的CAN模塊完全支持CAN2.0A/B協(xié)議，只需要采用一片CAN收發(fā)器即可方便實(shí)現(xiàn)CAN總線接口。設(shè)計(jì)中采用了TI公司推出的3.3V系列CAN收發(fā)器SN65HVD230D。

SN65HVD230D是TI公司生產(chǎn)的專門針對(duì)240X系列DSP內(nèi)CAN控制器與物理總線的接口。它的供電電壓和TMS320LF2407A一樣，僅為3.3V。SN65HVD230D CAN數(shù)據(jù)線收發(fā)器是為了在控制器之間實(shí)現(xiàn)可靠而有效的雙向數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的，它符合CAN總線結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。該系列器件支持傳輸速率高達(dá)1Mbps的差分信令，同時(shí)還兼容現(xiàn)有信令體系。該器件采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCA82C250封裝，適合雙終端傳輸線和半雙工操作。該器件輸出轉(zhuǎn)換時(shí)間，或稱轉(zhuǎn)換速率控制，是可編程的，這有助于設(shè)計(jì)人員減小電磁干擾從而提高系統(tǒng)可靠性。其接口設(shè)計(jì)如圖2所示：

4.3 DSP中間控制器下層CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)

下層CAN總線硬件接口電路由主控芯片、CAN控制器、CAN收發(fā)器組成。主控芯片已選用定TMS320LF2407A，所以只需選擇合適的CAN控制器和收發(fā)器即可實(shí)現(xiàn)此接口的設(shè)計(jì)。常用的設(shè)計(jì)方式是選用PHILIPS公司生產(chǎn)的SJA1000作為CAN控制器，同時(shí)選擇PHILIPS公司的PCA82C250芯片作為CAN收發(fā)器，因此本接口設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是要實(shí)現(xiàn)DSP和SJA1000直接的接口設(shè)計(jì)。

TMS320LF2407A芯片的片外引腳一般采用地址線和數(shù)據(jù)線分離的設(shè)計(jì)方法，不再使用地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用線，也沒有ALE地址有效信號(hào)，這樣就給CAN控制器與其的接口帶來一定困難。TMS320LF2407A沒有提供與SJA1000 CAN控制器的直接接口信號(hào)，以SJA1000的INTEL方式，采用以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)滿足TMS320LF2407A與CAN控制器與SJA1000的接口要求[2]。

a. 地址數(shù)據(jù)復(fù)用線的設(shè)計(jì):將TMS320LF2407A的數(shù)據(jù)線D0～D7作為CAN的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線，用TMS320LF2407A的數(shù)據(jù)線去選擇CAN的內(nèi)部端口和傳送數(shù)據(jù)。

b. 地址有效信號(hào)ALE的產(chǎn)生:用地址線AO、寫選通信號(hào)WR和端口選通信號(hào)STBR的邏輯組合產(chǎn)生TMS320LF2407A的ALE信號(hào)。

c. 讀寫信號(hào)的產(chǎn)生:用讀寫信號(hào)和A0的邏輯組合產(chǎn)生SJA1000的讀選通信號(hào)，用寫信號(hào)和A0的邏輯組合產(chǎn)生SJA1000的寫選通信號(hào)。邏輯關(guān)系如表2所示。

d. 片選信號(hào)的產(chǎn)生:用TMS320LF2407A的I/O空間選通信號(hào)IS和高位地址的譯碼信號(hào)的邏輯組合產(chǎn)生CAN的片選CS。

這種方法是將DSP的數(shù)據(jù)線改為適合CAN控制器的數(shù)據(jù)地址線，為此將DSP的A0作為地址數(shù)據(jù)選擇線。AO=1時(shí)，地址有效；A0=0時(shí)，數(shù)據(jù)有效。即用奇數(shù)地址選擇端口，用偶數(shù)地址傳送數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過信號(hào)的邏輯組合，在地址有效期間不產(chǎn)生讀寫信號(hào)，而產(chǎn)生滿足CAN的地址有效信號(hào)ALE；在數(shù)據(jù)有效期間產(chǎn)生滿足CAN的讀和寫邏輯信號(hào)。在SJA1000和TMS320LF2407A通過一片GAL芯片來實(shí)現(xiàn)接口邏輯轉(zhuǎn)換，接口電路如圖3所示。

5 結(jié)論

本文結(jié)合CAN總線在航天領(lǐng)域的應(yīng)用狀況，在CAN總線技術(shù)和DSP芯片功能研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于CAN總線和DSP的雙層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)充分利用DSP具有內(nèi)置CAN控制器的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了具有雙CAN總線接口的DSP中間控制器，采用分級(jí)、分層、區(qū)域組合的思想實(shí)現(xiàn)雙層、多區(qū)域數(shù)據(jù)信息的采集。文中給出了本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了DSP中間控制器雙CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口的硬件電路，將對(duì)CAN總線在航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供積極的參考。