基于P87C591的CAN-RS485协议转换器的设计方案.doc

基于P87C591的CAN-RS485协议转换器的设计方案现场总线技术以其独有的技术优势和特点，在现代分布式测量与控制技术领域中的运用已越来越广泛。各种现场总线的主控制器一般都内嵌有相当完善的的、开放式的互联通信协议，它具有通信速度快、误码率低、开发设计简单及网路维护方便等诸多特点，它是实现网路化现场测量以控制技术的一个发展方向。但是在当前的工业控制中，各种的仪器设备和装备间的通信还是传统的RS-485和RS-422总线。这是无法在短期内改变的，所以我们要解决新老系统的兼容问题。另外现场总线的标准也并不统一，在不同的现场总线之间的互联互通问题。要解决以上问题我们就需要使用到CAN上的智能节点，其智能节点是CAN节点由相应控制器与单片机接口而形成，可称为网控器（网关）和转化器（网桥）。协议转换器简称协转，也叫接口转换器,协议转换器也就是网关，它能使处于通信网上采用不同高层协议的主机仍然互相合作，完成各种分布式应用。它工作在传输层或更高。工业控制现场总线中的网关设备所起的作用，是实现不同信号传输模式设备之间的连接；但网关绝不仅仅是一个物理接口转换器，还必须具有通信协议转换的功能。物理接口的转换主要是实现信号模式转换，同时也是通信协议转换的基础。在物理接口转换的基础上，通信协议的转换提供了不同的总线之间的数据连接和通信格式等的转换。在该设计的总方案中可分为两大部分，一是硬件设计，二是软件设计。在硬件设计中，我们要了解该RS-485网关的的结构框图。82C250P87C591MAX1480X25045LED指示CAN总线RS-485总线CAN总线与RS-485总线转换网关的硬件连接图中，网关的微控制器采用的是P87C591，负责监控整个网关的任务，它还内置了CAN的通信控制器，这样使得硬件的连接变得给简单了。在其CAN总线中，我们在其微控制器后面连接上CAN总线收发器82C250。为了增强系统的可靠性和抗干扰能力，可以在微控制器和82C250之间增加光电耦合电路。RS-458总线端所使用的是内部具有光电耦合的差动收发器MAX1480，在MAX1480内部还集成了一个变压器可为光电耦合两端提供隔离电源，所以使用起来非常方便。网关硬件除了以上主要部分以外，还有LED指示、EEPROM和看门狗等部分。网关中设计的LED，可用于网关的上电指示，总线收发状态及故障情况指示。尽量做到从网关面板上的LED灯的指示就可以基本了解网关的整个运行情况指示。网关的看门狗部分使用了一片X25045。X25045除了具有看门狗和上电复位功能以外，其内部还集成了512字节的串行EEPROM，EEPROM可用于保存网关的配置参数等信息。网关的配置可通过CAN总线或RS-485总线实现。为了进行配置，一般在网关中设计有一个配置开关。通过网关的适当配置可非常方便地实现报文的过滤，将不属于其转发的报文不予转发。在硬件设计中，我们应该注意一下各种小问题：光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义；CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力，另外还在它们和地之间分别接了一个防雷击管，起到瞬变干扰的保护电路的作用；82C250的RS引脚上接有一个斜率电阻，电阻的大小可以根据总线通信速度适当调整，一般在16140之间。在软件设计中，网关软件设计与CAN网控器软件设计比较类似，总线数据的接收均采用中断方式而在主监控程序中实现数据的发送，内存采用FIFO机制管理。但是由于CAN总线与RS-485总线毕竟是两种不同的总线，网关的设计比CAN网控器软件的设计要稍微复杂一些。因为CAN总线标准具有物理层和数据链层协议，以帧为单位进行数据通信，且每帧均携带相应的ID标示符，而RS-485本质上仅仅是一个物理层标准，以字节为单位进行的数据通信，不带任何附属信息，其帧格式完全由用户自己定义。由于不管是在CAN总线还是在RS-485总线中最终信息的传输都是以帧为单位，所以在考虑设计RS-485帧格式时，应该参考CAN总线的帧格式，包括地址(ID)、帧长度、数据和校验等。如果两者的帧格式一样，将为协议的转换带来很多方便。软件设计最开始应该要解决CAN总线节点的初始化，报文发送和报文接收。在程序设计中，CAN控制器的初始化是系统设计工作中极为重要的部分，它是CAN总线系统正常工作的前提，这一部分关系到系统能不能正常工作，因此，初始化设计是一个重要，也是一个难点。CAN通信的初始化包括操作的设置、验收滤波器的设置、总线定时的设置和中断设置；定时器用来设置CAN总线上数据的设置一致，否则就会导致数据的传输错误。 初始化或重新配置开始否是是否使用CAN中断进入CAN控制器复位模式 与CAN相关的中断配置 CAN滤波率的设置 验收滤波器的配置选择操作模式，退出初始化 重要的系统初始化完成后，我们接下就可以进行下一步的报文发送和接收设计了。关于CAN报文的发送由CAN控制器根据CAN协议规范自动完成。首先CPU必须将要发送的报文传送到发送缓冲器中，并置位命令寄存器中的发送请求标志，发送处理可通过中断请求或查询状态标志进行控制。其实它的程序流程图的设计思路和SJA1000的差不多。但是在此网关的设计中，我们选择了中断报文发送。因为在此网关上我们将要处理很多的不同种的任务，我们要区分这些任务要在什么时候执行，这时候就可以发送中断，使得微控制器响应该中断。CAN报文的接收也可以有两种办法，一是查询方式的接收，二是中断控制的接收。在CAN报文的发送和接收的软件设计中，我们应该注意报文的