CAN總線智能適配卡的設(shè)計 [日期：2005-5-11] 來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：黑龍江科技學院計算機與信息工程系 郭繼坤 黑龍江科技學院圖書館 李 輝 [字體：存儲器，并使用PCA82C250作為CAN控制器接口芯片，設(shè)計了CAN總線智能適配卡，提高了CAN總線適配卡的傳輸能力。針對CAN總線在特殊環(huán)境下容易受到外界干擾的弱點，使用6N137進行信號隔離，使該適配卡達到了本安型標準。

關(guān)鍵詞：CAN總線 智能適配卡 信號隔離

CAN（Controller Area Network）總線最初是由德國BOSCH公司為汽車檢測與控制系統(tǒng)而設(shè)計的。由于其顯著的特點，其應(yīng)用范圍越來越廣，已擴大到過程控制、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域。目前，在國際上CAN總線已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的熱點，但CAN總線在礦井下等特殊環(huán)境下的應(yīng)用還沒有進行系統(tǒng)的研究。本文針對礦井這種特殊環(huán)境設(shè)計了本安型CAN總線智能節(jié)點適配卡，為CAN總線在礦井下等一些比較惡劣環(huán)境下的應(yīng)用提供了可靠的保證。

1 硬件結(jié)構(gòu)

1．1 適配卡的功能

CAN總線與PC機的連接方法有兩種：①通過一個轉(zhuǎn)換器與PC機的串行口連接。該種方式設(shè)計簡單，但數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速度較慢。②在PC機的擴展槽里插入一塊適配卡。由于使用適配卡所交換的數(shù)據(jù)量較大，比較適合CAN總線的需求，所以近年來大多使用適配卡的方式。適配卡既可以對數(shù)據(jù)起到轉(zhuǎn)發(fā)的作用，即收集CAN總線上各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給上位機，并把上位機的命令和數(shù)據(jù)發(fā)給各節(jié)點，也可以完成對CAN總線上的用戶系統(tǒng)的部分監(jiān)控和管理工作，故又被稱為智能適配卡。它可以減輕上位機的負擔，提高系統(tǒng)的實時性。這種適配卡需要的硬件條件較高，且需要較多的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。作者研制的就是這種智能適配卡。

模塊，CAN模塊比較接收碼寄存器和幀的ID碼，若相等則接收，并引發(fā)一個接收中斷。在接收中斷的處理中，P80C592讀取碼CAN模塊接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，把它傳送到CY7C09449的雙口RAM中。最后PC機通過PCI總線定時讀取CY7C09449雙口RAM中的數(shù)據(jù)。中斷申請電路由兩個D觸發(fā)器和一個用來譯碼的GAL芯片組成。兩邊的工作方式相同。

設(shè)計中考慮到便于電路調(diào)試和處理整體運行時出現(xiàn)的問題，選擇三種復(fù)位方式。其硬件構(gòu)成如圖3所示。

（1）上電復(fù)位：與PC機上電復(fù)位同時復(fù)位。當PC機通過復(fù)位時，CAN適配卡也同時復(fù)位。

（2）手動復(fù)位：當調(diào)試中出現(xiàn)問題時，通過手動復(fù)位鍵復(fù)位，以便解決調(diào)試中出現(xiàn)的問題。

（3）軟件復(fù)位：在程序運行中出現(xiàn)問題時，不需要關(guān)掉PC機，只需啟動PC機管理程序中的初始化功能模塊即可，它可通過軟件指令對CAN適配卡進行復(fù)位。

硬件電路設(shè)計并不很困難，但也要注意一些事項，否則會事倍功半，功虧一簣。

（1）地線的設(shè)計應(yīng)特別注意，為了減少噪聲，模擬信號的地線和數(shù)字信號的地線應(yīng)該分開。

（2）該適配卡的防暴技術(shù)主要采用電路隔離技術(shù)，同時采用本質(zhì)安全技術(shù)，通過抑制電火花和熱效應(yīng)能量來防爆。電器設(shè)備的最大功率不應(yīng)超過25W，對于5V電源的設(shè)備，它的功率一般要遠遠低于25W。開關(guān)觸電開閉時的放電也應(yīng)注意，要減少電路的儲能器件（如電感和電容），一般要求最大電容小于5μF，最大電感小于20μF。

2 軟件接口設(shè)計

接口軟件設(shè)計包括單片機上的匯編程序和PC機上的設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計。兩者的紐帶是CY7C09449上的雙口RAM。

這個雙口RAM共有16KB的共享空間0x4000H～0x5FFFH為發(fā)送幀空間，0x6000～0x7FFFH為接收幀空間。x04E8是主機對本地處理器的郵箱HLDATA的地址，0x4F8是本地處理器對主機的郵箱LHDATA的地址，如圖4所示。對于主機，這些地址都是偏移地址，還得加上PCI配置寄存器ABAR0中的值才是真正的物理地址。

HLDATA和LHDATA的用法分別如圖5和圖6所示。把發(fā)送空間和接收空間設(shè)計成兩個循環(huán)隊列，分別用兩個指針來控制。發(fā)送空間和接收空間都是8K、13位的地址，指針是它們的8位，第5位為0。每個指針空間為32個字節(jié)，每幀10個字節(jié)，有22個字節(jié)是浪費的空間。由于已接收幀的地址和欲接收幀的地址不等，