C8051F040在基于CAN总线的分布式测控系统中的应用.doc

C8051F040在基于CAN总线的分布式测控系统中的应用时间：2011-04-28 04:55:06 来源： 作者：摘要：CYGNAL生产的单片机C8051F040是代表位单片机发展方向的高速（25M）混合信号系统级芯片（SOC）它不仅集成了一般测控系统需要的外设，而且集成了很有发展前景的现场总线CAN总线控制器，文中对该芯片中的CAN控制器结构作了分析，并给出了在分布式测控系统中使用该芯片的智能节点的硬件、软件设计方案。概述分布式在线测控系统是由多个面向设备的、以为核心的智能处理单元和多个并行运行且具有不同监测和故障诊断功能的微机构成的。该系统采取“分治”的设计思想?它将数据采集以及部分数据处理任务交给设备层的智能处理单元去完成?而监测诊断层主要负鸺嗍雍凸收险锒稀植际讲饪叵低成杓凭?悸歉鞲鼋诘阒?涞耐盼侍猗熞蛭?磐?绲难韵低承阅苡泻艽笥跋臁?国内已开展了基于现场总线的在线测控系统的研究?并利用总线实现设备层的检测处理、单元间的通信以及与上层监测主机的通信。总线就是一种支持分布式实时控制系统的串行通信局域网络总线。它的主要特点如下:任一个节点均可在任一时刻主动向网络上的其它节点发送数据,而从不分主从,因此，通信比较灵活;节点可分为不同的优先级,可以满足不同的实时要求;采用非破坏性总线仲裁,当两节点同时向总线发送信息时,优先级低的节点主动停止数据发送?而优先级高的节点可不受影响地继续发送数据；通信距离最远可达，通信最高速率可达?每帧数据的有效字节数为，因此，可保证很短的传输时间，而且实时性强，受干扰的概率低； 每帧数据都含有（循环冗余）校验及其它校验措施，因而数据出错率很低； 图中，内核由协议控制器和负责消息收发的串行并行转换移位寄存器组成。消息用于存储消息目标和每个目标的仲裁掩码。这种处理器有个随意配置为发送和接受的消息目标?并且每一个消息目标都有它自己的识别掩码，所有的数据传输和接收滤波都是由控制器完成的，而不是由来完成。 ， ；写仲裁寄存器，发送对象的地址因标准帧使用高位，所以地址要左移位指向控制寄存器 总线节点在严重错误的情况下，可自动切断与总线的联系，以使总线上的其它操作不受影响。目前，总线协议以其可靠性高、实时性好以及独特的设计已经成为总线通信网络的首选?国内目前使用较广的是 生产的 、等独立的控制器，由于这种独立的控制器限制了测控节点的集成度，因此，很多微处理器生产厂家已经开始生产内部集成有控制器的。美国公司生产就是内部集成有 控制器的混合信号系统级芯片（）。本文将分析 的总线结构、与 的接口及初始化配置，同时将给出基于的分布式测控节点的设计及系统的实现框架。 及其内部 公司的单片机具有与指令集完全兼容的内核。它的最高频率可达?内置 和的数据存储器。在一个芯片内集成了构成单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其它功能部件，包括、可编程增益放大器、电压比较器、温度传感器、定时器、内部振荡器、看门狗电路以及 控制器等，这种高度集成为设计小体积、低功耗、高可靠和高性能的测控系统提供了方便，同时也使测控设备整体成本能够降低。内部集成有 ，它兼容技术规范和，主要由内核、消息（独立于的）、消息处理单元和控制寄存器组成，图所示是内部的总线结构图。内部寄存器中存储了所有的控制和配置信息，其中包括控制寄存器、状态寄存器、设置波特率的位定时寄存器 、测试寄存器、错误计数器和消息接口寄存器。通常内核不能直接访问消息，而必须通过接口寄存器或来访问。另外，的并不能直接访问内部寄存器的所有单元，其配置、消息目标、读取状态以及获取接收数据、传递发送数据都由中的个特殊寄存器来完成，其中、和 个寄存器可直接获取或修改 控制器中对应的寄存器，而、 个寄存器主要用来访问修改其它不能直接访问的 内部寄存器，其中用来指出要访问寄存器的地址，、这时就相当于要访问的位寄存器的高、低字节的映射寄存器，而对它们的读写则相当于对所指向寄存器的读写。图给出了如何访问中控制寄存器和每个消息的路径图。消息处理单元用于根据寄存器中的信息来控制内核中移位寄存器和消息 之间的数据传递，同时，它还可用来管理中断的产生。基于的智能系统设计 硬件设计工业测控现场通常存在着大量的传感器、执行机构和电子控制单元，它们一般分布较广，而且对实时性要求也很高，图是基于总线的分布式测控系统框图。该系统采用现场总线式集散系统? ?结构，它由主控站（注：总线各节点并不分主从 ?这里是针对特定的系统而言）、为的智能节点并配以现场总线控制网络构成。主控站主要完成对各节点的在线监控以及对各节点返回信息的分析处理，并对节点发出控制命令以控制节点工作模式。智能节点则根据主控站命令来完成数据采集、运行显示以及对执行部件的控制，以及各节点与主站、节点与节点之间的实时数据交换和信息控制。图是一个以为核心的智能节点设计原理图。图中，的、脚分别为和引脚，的输出输入必须加总线收发器才能与物理总线相连。本系统采用了高速收发器来替代传统的收发器，芯片具有电磁辐射低、防短路、不上电时对总线无影响等特点，它的脚可以选择高速或静音两种模式，并可由的控制。为了增加 节点的抗干扰能力，将引脚通过高速光耦与总线收发器相连，可实现各节点之间的电气隔离。电源的隔离可以采用小功率电源隔离模块，也可以用带多个隔离输出的开关电源模块。这样能大大提高节点的稳定性和可靠性，但可能会增加节点的硬件复杂性。 节点软件设计对于一个实际的测控系统，其节点软件是比较复杂的，但由于具有与指令完全兼容的内核，所以，对于有使用系列单片机经验的人来说，这并没有太大的难度，下面主要介绍内置的软件设计。如果需要某一节点将采样值通过总线送到主控站（地址），且配置系统时设定的工作频率为?引脚设为推挽方式，那么在初始化过程中，波特率应配置为，消息目标禁止不用，配置消息目标为接收时的程序代码如下：_： ， ， ；设位为， 为； 配置波特率 ， ， ，；禁止不用的消息目标（） ， ； 指向的仲裁控制寄存器 ， ； ； ， ； 指向的命令掩码寄存器 ， ?； 方向为写，改变仲裁位 ， ， ；指向的命令寄存器_： ， ；写指向的消息目标 ， ；指向的命令寄存器_? ， ?；读命令寄存器 ，_ ，_；配置消息目标为接收 ， ，?； 写命令掩码 ， ， ?；写掩码 ， ， ?； 写掩码 ， ?； 写仲裁寄存器 ， ?； 写仲裁寄存器高位消息目标有效，标准仲裁帧，方向为接收 ， ?； 写仲裁寄存器低位 ，?； 写控制寄存器高位 ， ?； 写控制寄存器低位 ， ， ?； 通过写号消息目标_； ， ； 读命令寄存器 ，_; 等待写结束;进入操作模式 , ； 进入正常操作模式状态中断使能，发送过程是将存储在从起始地址中的个字节的采样数据，通过传送到消息目标的过程。其启动发送程序代码如下：_： ， ， ，； 写命令掩码寄存器 ， ， ；使用位标准仲帧 ， ； 写控制寄存器高位，传输中断使能，置传输请求位 ， ?； 写控制寄存器低 位， 指向 ， ， ， ?； 写数据 ， ， ， ?； 写数据 ， ， ?；传递到目标及启动发送结束语公司的单片机是一种完全集成的混合信号系统级芯片()，它具有与指令集完全兼容的内核?代表了位单片机的发展方向。它