基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现.docx

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1、基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现ronggang导语：CAN总线在传输较远间隔的信号时传输时间短，受干扰概率低，还具有较高的传输速度，基于这些原因本文提出了基于CAN总线的数控系统远程输入输出模块的设计思想1引言CAN即控制器局域网，他的通讯具有突出的可靠性、实时性和灵敏性。他的应用不再局限于汽车行业，其中CAN在机床数控系统方面实现的功能主要包括：程序治理;机床系统参数输入输出诊断、参数的通讯;机床状态收集;机床工作形式收集;数据库治理等。目前，国产数控系统的主要份额是经济型机床数控系统。经济型数控系统与机床根本输入输出接口

2、的数目都是有限的，经常不能知足实际操纵中的需求，同时在实际车间中，机床与数控系统可能间隔较远，输入输出信号在远程传输经过中非常轻易受到干扰而出错，而CAN总线在传输较远间隔的信号时传输时间短，受干扰概率低，还具有较高的传输速度，基于这些原因本文提出了基于CAN总线的数控系统远程输入输出模块的设计思想。2模块构造设计该模块的组成构造设计如下：CANIN，CANOUT是CAN总线的输入输出接口。DI，DO是模块与机床的接口，DI：机床信息输入接口;DO：来自数控系统的信息输出给机床的接口。且D1，DO接口接收的信息都是开关量信息。3模块硬件设计本输入输出模块中的微处理器选用宏晶公司的单片机STC8

3、9C516RD+。在CAN总线通讯接口中，CAN通讯控制器选用SJA1000，CAN总线驱动器采用PCA82C250。由图2CAN远程输入输出模块硬件原理图可以看出，电路主要由6局部组成：微控制器STC89C516RD+、独立CAN控制器、电气隔离器件6N137、CAN总线驱动器PCA82C250、输出模块和输入模块。微处理器STC89C516RD+负责向输出模块传出要输出的数据，对输入模块的输入点进展扫描输入，以及初始化SJA1000，并通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通讯任务。SJA1000的AD0AD7连接到STC89C516RD+的P0口，片选信号CS由P2.7控制，其为0

4、时CPU片外存储器地址可选中SJA1000，进而可对SJA1000执行相应的读/写操纵。SJA1000的RDWRALE分别与STC89C516RD+的对应引脚相连，INT接STC89C516RD+的INT0，使单片机可通过中断方式对SJA1000进展实时访问。P1口3个端口外接一拨码开关，用来确定自身模块的标识号即该模块的ID号，拨码开关的取值为000111，所以该ID号的取值为07。为了增强CAN总线节点的抗干扰才能，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与PCA82C250的TXD和RXD相连，而是在中间参加了一级高速光耦6N137，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离，但前

5、提是光耦局部电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否那么就只是利用其响应速度做低通滤波器用。电源的完全隔离可采用小功率的DC-DC，或者带多5V隔离输出的开关电源模块实现。这固然增加了接口电路的复杂性及本钱，但却进步了节点的稳定性和平安性。输出模块中各输出点通过锁存器74ALS273与STC89C516RD+的P0口相接，并由P2译出的地址以及写信号WR进展锁存控制。而输入模块中各输入点通过总线缓冲器74ABT245与P0口相连，74ABT245由P2译出的地址以及读信号RD进展选通控制。这样STC89C516RD+就可以方便地对外部I/O进展访问而无须其他额外的软硬件开支，大大进步

6、了STC89C516RD+的执行效率。4模块软件设计CAN总线数控系统远程输入输出模块的软件设计主要包括6大局部：STC89C516RD+初始化、CAN控制器初始化、报文发送、报文接收、对输出点的输出访问和输入点的扫描输入。本设计应用的CAN的pelic形式的标准帧格式。程序流程如图3所示。SJA1000初始化只有在复位形式下才能进展，初始化主要包括通过调节拨码开关设置本模块的标识符，工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽存放器AMR和接收代码存放器ACR的设置、波特率设置和中断允许存放器IER的设置等。机床信息传到数控系统：当扫描到机床的输入信号有电平变化时，模块把自身的ID信息和输入

7、信号一起打包成标准帧发送给数控系统。数控系统指令传到机床：模块实时监控总线，当总线上有来自数控系统的信息，启动CAN接收，根据AMR和ACR来判定是否该接收该指令帧，假如不应该接收，将信息丢弃，假如应该接收，将指令输出给机床。5模块应用在实际应用中，多块输入输出模块相连接组成CAN的网络，多块输入输出模块的上位机都是机床数控系统，各模块的输入输出接口均与机床相连如图4所示。留意在该网络中，在总线的两端应各接有一个终端电阻，终端电阻的作用是吸收信号线上电脉冲的多余能量，防止反射形成信号混淆，而信号混淆将导致通讯错误。由于各模块的ID号的取值为07，所以本设计数控系统外部可扩展8个输入输出模块，其

8、中各个模块ID号设置不能一样，且站号越小，优先级越高。在本设计中每个模块的输入点为64个，输出点为64个，那么一共可以扩展到512648个输入输出点。6结语基于CAN总线的数控系统远程输入输出模块不仅扩展了经济型数控系统的输入输出节点，而且进步了远程输入输出信号传输的正确率。本系统通过了现场进展的实验测试，总线单接一个模块;接两个模块;串接8个模块，分别测试各个模块的工作情况，机床和数控系统之间的信息都能正确传送，通讯速率完全能知足系统实时性能的要求，运行可靠。系统具有构造简单，集成度、智能化程度高，构造与功能可扩展性好，平安可靠，极大地增加了数控系统和机床通讯的输入输出节点。随着将来工厂自动化的开展，CAN总线将具有广阔的应用前景。