基于82527的CAN总线智能传感器节点设计15151.docx

基于8225277的CAAN总线线智能传传感器节节点设计计摘要：介介绍一种种以80051微微控制器器和8225277独立CCAN总总线控制制器为核核心组成成的CAAN总线线智能传传感器节节点的设设计方法法，并给给出其硬硬件原理理图和初初始化程程序。    关关键词：CANN总线 825527 单片机机 数据据采集 智能节节点引言CAN（CConttrolllerr Arrea Nettworrk，控控制局域域网）属属于工业业现场总总线，是是德国BBoscch公司司20世世纪800年代初初作为解解决现代代汽车中中众多的的控制与与测试仪仪器间的的数据交交换而开开发的一一种通信信协议。119933年111月，IISO正正式颁布布了高速速通信控控制局域域网（CCAN）的的国际标标准（IISO1118998）。CCAN总总线系统统中现场场数据的的采集由由传感器器完成，目目前，带带有CAAN总线线接口的的传感器器种类还还不多，价价格也较较贵。本本文给出出一种由由80551单片片机和8825227独立立CANN总线控控制器为为核心构构成的智智能节点点电路，在在普通传传感器基基础上形形成可接接收8路路模拟量量输入和和智能传传感器节节点。11 独立立CANN总线控控制器8825227介绍绍825227是IInteel公司司生产的的独立CCAN总总线控制制器，可可通过并并行总线线与Inntell和Mootroorolla的控控制器接接口；支支持CAAN规程程2.00B标准准，具有有接收和和发送功功能并可可完成报报文滤波波。8225277采用CCHMOOS 55V工艺艺制造，444脚PPLCCC封装，使使用温度度为-444+1255，其其引脚的的排列和和定义参参见参考考文献1。（1）8825227的时时钟信号号825227的运运行由22种时钟钟控制：系统时时钟SCCLK和和寄存器器时钟MMCLKK。SCCLK由由外部晶晶振获得得，MCCLK对对SCLLK分频频获得。CCAN总总线的位位定时依依据SCCLK的的频率，而而MCLLK为寄寄存器操操作提供供时钟。SSCLKK频率可可以等于于外部晶晶振XTTAL，也也可以是是其频率率的1/2；MMCLKK的频率率可以等等于SCCLK或或是其频频率的11/2。系系统复位位后的默默认设置置是SCCLK=XTAAL/22，MCCLK=SCLLK/22。（2）8825227的工工作模式式825227有55种工作作模式：Inttel方方式8位位分时复复用模式式；Inntell方式116位分分时复用用模式；串行接接口模式式；非IInteel方式式8位分分时复用用模式；8位非非分时复复用模式式。本文文应用IInteel方式式8位分分时复用用模式，此此时8225277的300和444脚接地地。（3）8825227的寄寄存器结结构22825227的寄寄存器地地址为000FFFH.下面根根据需要要对寄存存器给予予介绍。控制寄寄存器（000H）：765432100CCE00EIESIEIEINITTCCE改变变配置允允许位，高高电平有有效。该该位有效效时允许许CPUU对配置置寄存器器1FHH、2FFH、33FH、44FH、99FH、AAFH写写操作。EIE错误误中断允允许位，高高电平有有效。该该位一般般置1，当当总线上上产生异异常数量量的错误误时中断断CPUU。SIE状态态改变中中断允许许位，高高电平有有效。该该位一般般置0。IE中断允允许位，高高电平有有效。INITT软软件初始始化允许许位，高高电平有有效。该该位有效效时，CCAN停停止收发发报文，TTX0和和TX11为隐性性电平11。在硬硬件复位位和总线线关闭时时该位被被置位。CPUU接口寄寄存器（002H）：76543210RSTSSTDSCDMCPWDSLEEEPMUX0CENRSTSST硬件复复位状态态位。该该位由8825227写入入，为11时硬件件复位激激活，不不允许对对825527访访问；为为0时允允许对8825227访问问。DSCSCCLK分分频位。该该位为11，SCCLK=XTAAL/22；为00，SCCLK=XTAAL。DMCMCCLK分分频位。该该位为11，MCCLK=SCLLK/22；为00，MCCLK=SCLLK。PWD掉电电模式使使能位，高高电平有有效。SLEEEP睡眠模模式使能能位，高高电平有有效。MUX低速速物理层层复用标标志位。该该位为11，ISSO低速速物理层层激活，PPIN224=VVCC/2，PPIN111=IINT#（表表示取反反）；该该位为00，PIIN244=INNT#，PPIN111=PP2.66。CEN时钟钟输出允允许位，高高电平有有效。标准全全局屏蔽蔽寄存器器（066077H）。该该寄存器器用于具具有标准准标识符符的报文文，或XXTD置置0的报报文寄存存器。该该方式称称为报文文接收滤滤波。当当某位为为1时，报报文标识识符的相相应位必必须匹配配；为00时，不不必匹配配。扩展全全局屏蔽蔽寄存器器（0880BBH）。该该寄存器器用于扩扩展报文文格式，或或XTDD置1的的报文寄寄存器，其其作用与与相同同。765432100COBYYPOL0DCT110DCR11DCR00总线配配置寄存存器（22FH）：COBYY旁旁路输入入比较器器标志位位，高电电平有效效。POL极性性标志位位。为11，如果果旁路输输入比较较器，RRX0的的输入逻逻辑1为为显性，逻逻辑0为为隐性；为0，则则反之。DCT11TTX1输输出切断断控制位位。为11，TXX1输出出不被驱驱动，该该模式用用于1根根总线的的情况，22根差分分导线短短路；为为0，TTX1输输出被驱驱动。DCR11RRX1输输入切断断控制位位。为11，RXX1与输输入比较较器的反反相端断断开，接接至VCCC/22；为00，RXX1接至至输入比比较器反反相端。DCR00RRX0输输入切断断控制位位。作用用与DCCR1相相同，此此时RXX0接至至比较器器同相端端。76543210SJWBRP位定时时寄存器器0（33FH）；SJW同步步跳转宽宽度位场场，编程程值13。BRP波特特率分频频位场，编编程值00633。76543210SPLTSEGG2TSEGG1位定时时寄存器器1（44FH）：SPL采样样模式标标志位。11表示每每位采样样3次；0表示示每位采采样1次次。TSEGG1时间段段1位场场，编程程值215。TSEGG1时间段段2位场场，编程程值17。波特率=XTAAL/(DSSC+11)*(BRPP+1)*（33+TSSEG11+TSSEG22）报文寄寄存器（把把每个寄寄存器的的第1字字节地址址作为基基址BAASE）。76543210BASEE+0MSGVVALTXIEERXIEEINTPPNDBASEE+1RMTPPNDTXRQQSTMSGLLST/CPUUUPDDNEWDDAT控制寄寄存器00，1（BBASEE+0，BBASEET+11）MSGVVAL报文文寄存器器有效标标志位，高高电平有有效。110置位位，011复位。TXIEE发发送中断断允许标标志位，高高电平有有效。110置位位，011复位。RXIEE接接收中断断允许标标志位，高高电平有有效，110置位位，011复位。INTPPND中断断申请标标志位，高高电平有有效。110置位位，011复位。RMTPPND远程程帧申请请标志位位，高电电平有效效。100置位，001复位位。TXRQQST请求求发送标标志位，高高电平有有效。110置位位，011复位。MSGLLST报文文丢失标标志位，只只用于接接收报文文寄存器器。100表示未未读报文文被新报报文覆盖盖，011表示未未覆盖。CPUUUPDCPPU更新新标志位位，只用用于发送送报文寄寄存器。110报文文不被发发送，001报文文可发送送。NEWDDAT新数数据标志志位。110表示示向寄存存器写入入了新数数据，001表示示无新数数据写入入。仲裁寄寄存器00，1，22，3（BBASEE+2-BASSE+55）存储报文文标识符符。76543210DLCDIRXTD保留报文配配置寄存存器（BBASEE+6）DLC数据据长度编编码，编编程值008。DIR方向向标志位位。1发发送，00接收。XTD标准准/扩展展标识符符标志位位。1扩扩展标识识符，00标准标标识符。数据寄寄存器（BBASEE+7-BASSE+114）825227存储储报文时时，8个个数据字字节均被被写入，未未用到的的字节数数据是随随机的。2 硬件件电路设设计智能节点点的电路路如图11所示（图图中62264略略去）。在硬件设设计中，由由ADCC08009完成成对8路路模拟置置的转换换，与880511的信息息交换采采用查询询方式，地地址BFFF8BFFFFH，其其时钟可可由ALLE二分分频获得得；8225277完成与与CANN总线的的信息交交换。本本设计中中，旁路路了输入入比较器器，与880511的信息息交换采采用中断断方式，地地址7FF007FFFFH，可可以用8825227的PP1口和和P2口口对开关关量采集集或对继继电器进进行控制制。822C2550提供供825527和和物理总总线间的的接口，提提高接收收和发送送能力。可可根据需需要扩展展程序存存储器。3 软件件设计本设计软软件采用用MCSS-511汇编语语言编写写，程序序框图如如图2所所示。825227的初初始化程程序如下下：INT：MOVV DPPTR，0FFF02HHMOV A，00HHMOVXX DDPTRR，A ；SCCLK=XTAAL；MCLLK=SSCLKK,CLLKOUUT无效效MOV DPTTR，0FFF00HHMOV A，41HHMOVXX DDPTRR，A ；置位位CCEE，INNITMOV DPTTR，0FFF2FHHMOV A，48HHMOVXX DDPTRR，A ；旁路路输入比比较器设设置1位位隐性，00为显性性，RXX1无效效MOV DPTTR，0FFF3FHH；MOV A，43HH；MOVXX DDPTRR，A ；SJJW=22，BRRP=33MOV DPTTR，0FFF4FHHMOV A，0EAAHMOVXX DDPTRR，A ；SPPL=11,TSSEG11=7，TTSEGG2=66此时波波特率为为1000KbppsMOV DPTTR，#0FFF00HH；MOV A，01HHMOVXX DDPTRR，A ；禁止止对配置置寄存器器的访问问MOV DPTTR，0FFF10HH；MOV A，55HH；MOVXX DDPTRR，A；INC DPTTR；MOVXX DDPTRR，A；···MOV DPTTR，0FFFF0HH；MOV A，55HH；MOVXX DDPTRR，AINC DPTTR；MOVXX DDPTRR,A ;报文文寄存器器控制位位初始化化MOV R0，06HH；MOV DPTTR，0FFF06HH；MOV A，0FFFH；L1：MMOVXX DDPTRR，A ；报文文标识符符需全部部匹配INC DPTTRDJNZZ R00，L11；MOV DPTTR，0FFF16HH；MOV A，8CHH ；报报文寄存存器1可可发送88个字节节扩展报报文MOVXX DDPTRR,A;MOV DPTTR,#0FFF26HH;MOV A,#84HH;MOVXX DDPTRR,A ;报文文寄存器器2可接接收8个个字节扩扩展报文文MOV DPTTR，0FFF00HH；MOV A，00HH；MOVXX DDPTRR，A ；初始始化结束束RET Lonwworkks现场场总线由由美国EEcheelonn公司于于19993年推推出，由由于其开开放的网网络操作作系统、标标准的网网络通信信协议、丰丰富的介介质接口口模板、支支持多种种介质之之间相互互通信等等特点，在在工业控控制领域域得到了了广泛响响应。目目前已有有多种支支持Loonwoorkss技术的的芯片，EEcheelonn公司的的神经元元芯片NNeurronCC31是是一种集集3个88位CPPU及网网络通信信协议（LLonTTalkk协议）为为一体的的芯片。采采用该芯芯片构成成的智能能节点在在Lonnworrks现现场总线线控制网网络中起起着举足足轻重的的作用，它它能使现现场设备备之间相相互通信信，快速速地交换换信息，以以满足系系统实时时监控的的要求。但但由于331500神经元元芯片只只提供111个通通用I/O口，不不能满足足采集量量和控制制量要求求较多的的现场设设备的要要求，因因此研究究和开发发基于神神经元芯芯片的多多点I/O的智智能节点点，是一一项有意意义的工工作。11 NeeuroonC331500神经元元芯片的的特点NeurronCC芯片既既是Loonwoorkss技术的的核心也也是智能能节点的的核心，目目前由TToshhibaa和Mootorrolaa两家公公司生产产，主要要包括NNeurronCC31550和NNeurronCC31220两种种系列。331500芯片中中包括EE2PRROM和和RAMM存储器器，同331200芯片区区别在于于它无内内部ROOM，但但具有访访问外部部存储器器的接口口，寻址址空间可可达644Kbyyte。从从这一点点来说，331500比31120在在节点开开发上具具有更好好的灵活活性。331500芯片内内部带有有3个88位微处处理器：一个用用于链路路层的控控制，另另一个用用于网络络层的控控制，第第三个用用于执行行用户的的应用程程序。该该芯片还还包含111个II/O口口和完整整的LoonTaalk通通信协议议，它同同时具有有通信和和控制功功能。2 基于于神经元元芯片智智能节点点的开发发方法基于神经经元芯片片开发的的智能节节点具有有结构简简单、成成本低等等优势，其其开发方方法可分分为两种种：（11）基于于控制模模块的硬硬件设计计方法。采采用这一一方法的的优势是是可缩短短产品的的开发周周期，因因为控制制模块通通常都集集成了神神经元芯芯片、FFlassh程序序存储器器、收发发器以及及RAMM等，用用户只需需设计自自己的应应用电路路即可完完成节点点开发。（22）基于于收发器器的硬件件电路设设计方法法。采用用这一方方法可以以降低节节点成本本，提高高节点的的市场竞竞争力，但但是这一一方法需需要在考考虑应用用电路设设计的同同时考虑虑神经元元芯片与与Flaash存存储器及及RAMM的接口口电路，这这对于电电路板的的设计加加工及生生产工艺艺的要求求都较高高。3 智能节节点的电电路设计计节点采用用主、背背板结构构。主板板上集成成有控制制电路、通通信电路路和其他他附加电电路，其其结构图图如图11。背板板设计为为两种多多点I/O模块块（包括括多点数数字I/O模块块和多点点模拟II/O模模块）。主主、背板板之间采采用统一一标准的的20针针接口。采采用主、背背板结构构设计法法，使得得此智能能节点的的应用领领域更为为广泛，适适应性、通通用性和和功能都都大大增增强，对对于节点点应用程程序的开开发也更更为灵活活。3.1 主板电电路设计计3.1.1 控控制电路路控制电路路主要由由神经元元芯片，主主背板接接口电路路和片外外存储器器等组成成。各元元器件功功能如下下：（1）神神经元芯芯片 采采用Tooshiiba公公司生产产的31150芯芯片，它它主要用用于提供供对节点点的控制制、实施施与Loon网的的通信、支支持对现现场信息息的输入入输出等等应用服服务。（2）片片外存储储器 采采用Attmell公司生生产的AAT299C2556（FFLASSH存储储器）。AAT299C2556共有有32KK字节的的地址空空间，其其中低116K字字节空间间用来存存放神经经元芯片片的固件件（包括括LonnTallk协议议等）。高高16字字节空间间作为节节点应用用程序的的存储区区。采用用ISSSI公司司生产的的IS661C2256作作为神经经元芯片片的外部部RAMM.。（3）主主、背板板接口电电路 用用于主板板与多点点I/OO模块的的电气连连接。3.1.2 通通信电路路通信电路路的核心心收收发器是是智能节节点与LLon网网之间的的接口。目目前，EEcheelonn公司和和其他开开发商均均提供了了用于多多种通信信介质的的收发器器模块。本本智能节节点采用用Echheloon公司司生产的的适用于于双绞线线传输介介质的FFTT-10AA收发器器模块。3.1.3 附附加电路路附加电路路主要包包括晶振振电路、复复位电路路和Seerviice电电路等。晶振电路路为31150神神经元芯芯片提供供工作时时钟。复位电路路用于在在智能节节点上电电时产生生复位操操作。另另外，节节点还将将一个低低压中断断设备与与31550的RReseet管脚脚相连，构构成对神神经元芯芯片的低低压保护护设计，提提高节点点的可靠靠性和稳稳定性。Servvicee电路是是专为下下载应用用程序的的电路，SServvicee指示灯灯对诊断断神经元元芯片固固件状态态有指示示作用。3.2 I/OO扩展电电路设计计31500神经元元芯片包包含111个通用用口，用用户可根根据不同同的需求求进行灵灵活配置置，以便便于同外外部设备备进行接接口。对对于输入入和输出出（I/O）数数量需求求较大的的外围设设备，111个II/O口口显然不不能满足足。虽然然可以依依靠增加加节点数数量来满满足外围围要求，但但是这样样做不仅仅成本价价格高而而且增加加了安装装的工作作量，维维护也不不方便。因因此，通通过增加加外围电电路实现现I/OO扩展，成成为多点点I/OO智能节节点开发发的重要要部分。II/O扩扩展设计计包括多多点模拟拟模块设设计和多多点数字字模块设设计。     3.22.1 多点模模块模块块设计多点模拟拟模块主主电路图图如图22。TLLC25543是是支持SSPI串串行总线线的111路模拟拟通道的的12位位逐次逼逼近型模模/数转转换器。CCS（PPin 15）片片选信号号端接IIO0；DATTA IINPUUT（PPin 17）为为串行数数据输入入，其中中四位串串行地址址用来选选择下一一个被转转换的模模拟通道道或测试试电压寄寄存器；DATTA OOUTPPUT（PPin 16）输输出模/数转换换的结果果；CLLK是维维持模/数转换换正常工工作的时时钟。值值得注意意的是，时时钟信号号频率较较高，任任何一点点干扰都都可能影影响模块块的正常常工作。在在CLKK上串联联或并联联一支电电阻可以以起到明明显的抗抗干扰效效果，保保证模/数模块块的稳定定。（本本模块中中，CLLK接IIO8，DDATAA INNPUTT接IOO9，DDATAA OUUTPUUT接IIO100）。TTLC225433还有一一个特点点：IOO9输入入数据的的同时，IIO100输出的的是上一一次模/数转换换的值，因因此在编编写NeeuroonC源源程序时时要注意意模/数数转换的的时序。选选通两支支旁路电电路：一一支477F电解解电容，对对低频起起滤波作作用；另另一支为为0.11F，对对高频起起滤波作作用。此此模/数数模块没没有选用用电压基基准，故故在模/数芯片片的参考考电压边边上接了了一支00.1F电容容，用以以去除高高频干扰扰。3.2.2 多多点数字字模块设设计多点数字字模块主主要包括括：输入入部分、输输出部分分、双向向I/OO三部分分。通过过扩展，模模块具116路数数字输入入通道、115路数数字输出出通道和和3路双双向I/O通道道。（1）输输入部分分 采用用两片88选1数数据选择择器744LS1151级级联，并并将NeeuroonC331500的IOO0IIO3定定义为NNibbble Outtputt方式，即即半字节节输出方方式；IIO4定定义为BBit Inpput方方式，即即位输入入方式。IIO0IO33作为116路输输入通道道的地址址选通信信号，与与74LLS1551的地地址输入入端（EE、A、BB、C管管脚）相相连。IIO4作作为数字字信号入入口，与与74LLS1551的输输出端连连接。（具具体电路路如图33）下面面的NeeuroonC源源程序可可完成对对16路路数字通通道的定定时扫描描，定时时时间为为1s：IO_00 ouutpuut nnibbble io_mseelecct:/定义义半字节节输出IIOIO_44 innputt biit iio_ttmp; /定义位位输入IIOStimmer reppeattingg t_cirrclee=1 ;/定义并并初始化化定时器器Whenn (ttimeer_eexpiiress(t_cirrclee)intt i ;biit II_nuum,ttempp155;/定义义循环变变量通道道状态数数组初始始化通道道号for(i=00;i<<16;i+)io_outt(ioo_msseleect,I_nnum) /写通道道号temppi=(iio_iin(iio_ttmp)= =ON)?1:0) /读通通道状态态并存入入状态数数组（2）输输出部分分 如图图4，输输出部分分由两片片8位移移位寄存存器744LS1164和和两片774LSS3733锁存器器组成。1164的的功能是是将NeeuroonC I/OO口的115位串串行帧输输出转化化为155路并行行信号输输出。3373锁锁存器的的作用是是使1664的115路输输出在电电平转换换后加以以保持，直直到下一一次电平平转换。为为了满足足15路路并行输输出的要要求，在在时序上上需要使使两片3373严严格同步步。因此此在硬件件上增加加了非门门和RCC电路，对对两片3373的的使能信信号加以以协调。通通过实验验，证明明此电路路能够完完全满足足设计要要求。在在NeuuronnC源程程序中将将IO88、IOO9定义义为Seeriaal OOutpput方方式，即即中行输输出方式式。其中中IO88输出时时钟信号号，IOO9输出出串行数数据。IIO7定定义为BBit Outtputt方式，即即位输出出方式，作作为1664的清清零端。    （3）双向I/O部分 为了使用户对此智能节点的二次开发更为灵活、方便，我们在多点数字模块上设计了三个双向I/O口（IO5、IO6、IO10）。用户可根据自己需要，利用模块上的拨动开关进行输入、输出切换。需要注意意的是，为为了提高高智能节节点的抗抗干扰能能力，在在输入、输输出电路路中均采采用了光光电耦合合器进行行电气隔隔离。特特别在输输出端加加入了三三极管功功率放大大电路以以便驱动动外部继继电器。水电厂中中的水利利机组控控制系统统中有众众多参量量需要测测量和控控制（包包括模拟拟和数字字量），如如调速器器开关、灭灭磁信号号、主阀阀开关、冷冷却水泵泵、励磁磁投入信信号、锁锁锭控制制等。因因此，系系统对II/O口口的需求求量较大大，传统统的智能能节点远远远不能能满足要要求。而而我们通通过对多多点I/O智能能节点的的开发，成成功地研研制出WWSTAA20000小型型水利机机组综合合自动化化装置。此此装置已已在水电电厂中投投入使用用，运行行情况良良好。