DS80C390双CAN总线分层分布式监控系统的设计及实现

1　引　　言

CAN总线的全称是ControllerAreaNetworkBus,简称控制器局部网总线,它是现场总线的一种,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN网络的拓扑结构采用两级总线式结构,两级总线之间采用转发器进行连接,这种结构比环型结构信息吞吐率低,并且无源抽头连接,通信介质用双绞线,系统可靠性高。经过二十年的发展,CAN总线凭借其卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计,越来越受到工业界的重视,并已公认为最有前途的现场总线之一。CAN总线具有高可靠性、实时性和灵活性,它的特点如下:(1)方便地构成分布式监控系统,可以多主方式工作,而不分主从,通信方式灵活。(2)通信距离最远可达10km,通信速率最高可达1Mbpsˆ40m,网络上节点可分成不同的优先等级,可以满足不同的实时要求。(3)每帧信息都有CRC效验及其他检错措施,保证了数据的出错率极低。

本文以美国Dallas公司的内部带2个独立CAN模块的DS80C390芯片为核心设计一种双CAN总线分层分布式监控系统,并在电力系统同步静止补偿器(STATCOM)上得到应用。

2 智能双CAN总线节点

美国Dallas公司的高档单片机DS80C390是内置双CAN模块的嵌入式高速微处理器芯片:每个机器周期仅包含4个时钟周期,比8051单片机快四倍;支持最大晶振频率为40MHz,单指令周期100ns;与80C52兼容且与8051指令兼容;有4个8位IˆO端口、3个16位定时器、256字节RAM、4kB内部静态SRAM、16个中断源其中有6个外部中断源;具有双串行口、双CAN口和双数据指针。

采用DS80C390单片机作为核心的智能CAN节点结构图如图1所示。由DS80C390单片机、8255、A/D转换以及PCA82C250CAN收发器组成。外部程序存储器选用Atmel公司的AT49F010芯片,最快读时间45ns,擦除周期时间10s;数据存储器选用HY628100SOP,该芯片是一种高速CMOS静态RAM;AˆD转换器ADS7864是德州仪器(TI)公司Burr-Brown产品部最新推出的快速6通道全差分输入的双12位AˆD转换器,它能以500kHz的采样率同时进行六通道信号采样。时钟芯片选择DS12887,可以用来直接代替IBMPC上的时钟日历芯片;CAN收发器接口电路是用PHILIP公司生产的PCA82C250实现电平的转换,以满足CAN的通信要求,并可以调整转换速度和防止出现大的干扰,负责将总线节点连接到总线上。

智能双CAN节点功能主要包含如下:读取拨码开关的值,并以此数据作为ID的一部分,进行ID的设定;启动AˆD转换,每个转换通道在交流每周波采集1000点,即每20Ls转换一次,数据存放在外部数据发送缓冲区中,当上位机召唤数据时,由CAN发送出去;启动日历时钟,当发生故障时,记录下故障时间,并产生外部中断申请ˆINT0或ˆINT1。