利用E并行口实坝C机之间通信的CAN总线设计

利用EPP并行口实坝PC机之间通信的CAN总线设计摘要：文章简要介绍了EPP并行口及CAN独立控制器s3^1000。并深入研究PC对SJAl000的读写。根据读写时序的产生，设计了两套硬件方案。同时。结合在实践中遇到的问题，指出了一些在CAN总线协议使用上需要注意的地方。关键字：EPP并行口CAN总线SJAl000网络适配卡l引言CAN(ConntroUeerAreeaNettwork))总线作为现现场总线的一一种，与其他他总线相比可可靠性高性价价比合理。其其主要特点有有：(1)多主方式式工作，非破破坏性的基于于优先权的总总线仲裁技术术；(2)借助接收收滤波实现多多地址的帧传传送；(3)短帧结构构数据，受干干扰率低；(4)发送期间间丢失仲裁或或由于出错而而遭破坏的帧帧可自动重发发；(5)对于严重重错误具有自自动关闭总线线功能，使总总线其他操作作不受影响；；(6)不关闭总总线即可任意意挂接或拆除除节点，增强强了系统的灵灵活性和可扩扩展性；(7)统一的标标准和规范，使使各设备之间间具有较好的的互操作性、互互换性和通用用性等。正是由于CANN总线的这些些优良性能，目目前已应用于于船舶制造、工工业控制、建建筑保安系统统中，而且正正成为许多领领域的发展方方向。2EPP并行行口为了实现现大量数据的的快速、准确确传输，数据据通信已经成成为自动化系系统的关键技技术之一。计计算机标准串串、并行口是是PC机的基本部部件之一，利利用计算机的的标准串、并并行口来作为PC机与CAN总线的通信信接口，既方方便又经济。但但是由于串行行通讯口的通通讯效率较低低，难以完成成大量、实时时性高的数据据传输工作，而而传统的SPP并行口只能实现现数据的单向向传输，但高高级并行接口口(EPP)则可以进行行高速的双向向数据传输，是是进行大量数数据传输的一一种理想选择择。2.1EPPP概述增强型并并行口EPP(EEnhanccedPaaralleelPorrt)是一种与标标准并行口SPP(SStandaardPaaralleelPorrt)兼容的高性性能的并行连连接口。在实实际应用中，由由于EPP并行口具有8位双向数据据端口、状态态端口和控制制端口，因此此，EPP可作为8位总线，灵灵活使用。EPP协议又极大大地改善了PC机并行口的的数据传输能能力，使得并并行口的数据据传输速率可可以很容易达达到l一2Mbps。EPP协议定义了了各种单／双双向信号以满足各自的的特殊需要。2．2EPPP寄存器介绍绍EPP协议议定义的信号号分别对应三三个不同的寄寄存器，在PC机中，并行行口l寄存器的基基地址一般为为378H，该地址包包含读入和读读出两个寄存存器的双缓冲冲寄存器，对对应ADO…AD7双向数据／／地址端口；；输入操作EPP信号的定义义及其描述表表l表l列出了EEPP信号的定义义及其描述。并行口引脚号EPP信号数据方向定义l／WRITE输出低电平写，高电电平读2—9AD[O…7]]双向双向数据／地址址线lOINTR输入外设中断llWAIT输入握手信号12用户定义输入按不同的外设自自定义13用户定义输入按不同的外设自自定义14／DATASTTB输出低电平有效，表表示正在进行行数据读写15用户定义输入按不同的外设自自定义16RESET输出低有效，外设复复位17／ADDSTBB输出低电平有效，表表示正在进行行地址读写18—25GND信号地注：①输出，表表示由计算机机发向外设；；输入，表示示由外设发向向计算机。②加“／”表示示信号低电平平有效。EPP寄存器定定义表2378HAD7AD6AD4AD4AD3AD2ADlADO379HWAllrINTR自定义自定义自定义无定义无定义无定义37AH无定义无定义READENNABLEIRQENBBALE／ADDSTBB／BESTE／DATA/write时使用输入入寄存器，输输出操作时使使用输出寄存存器。单向状状态端口和单单向控制端口口的寄存器地地址分别为379H和37AH，其定义见见表2。这三个寄寄存器是与标标准并行口SPP兼容的，但但实际上除了了这三个寄存存器之外，EPP还定义了其其它几个寄存存器。EPP不需需要从主机送送来的信号就就能执行数据据交换。当主主机把数据写写到数据缓冲冲区时，总线线自动产生数数据选通信号号。同样，从从端口读人数数据时也是自自动产生数据据选通信号来来表示系统正正准备接收下下一批数据。3CAN独立立控制器SJAl0000sJAl0000是一种独立立控制器，主主要用于移动动目标和一般般工业环境中中的区域网络络控制(CAN)，是Philiips半导体PCA822C200CAN控制器(BasiieCAN))的替代产品品。其基本特特性有：(1)引脚与PPCA82CC200独立CAN控制器兼容容。(2)有扩展的的接收缓冲器器64字节，先进进先出(FIFOO)；(3)支持CAAN2．0A和CAN2．0B协议；(4)通信位速速率可达IMbps。而且它增增加了一种新新的工作模式式(PeliiCAN)，这种模式式支持具有很很多新特性的的CAN2．0B协议。4CAN总线收收发器PCA822C250PCA82C2250是CAN控制器和物物理总线间的的接口。器件件可以提供对对总线差动发发送、接收的的能力。采用用双线差分驱驱动，有助于于抑制汽车等等恶劣电气环环境下的瞬间间干扰。其主主要特性有：：(1)与ISOO／DIS111898标准全兼容容；(2)高速性，最最高可达IMbps；(3)具有抗汽汽车环境下的的瞬间干扰能能力，保护总总线能力；(4)降低射频频干扰的斜率率控制；(5)热保护；；(6)总线与电电源及地之间间的短路保护护；(7)低电流待待机方式；(8)掉电自动动关闭输出；；(9)可支持多多达110个节点相连连接等。5适配卡设计计CAN总线线的卓越性能能为工业控制制提供了一种种可靠的数据据通信，为了了扩展CAN总线的监控控和管理功能能，应设计一一块适配卡，连连接PC机的并行口口，该卡上具具备CAN接口和PC接口特性，它它完成的任务务主要是PC机与总线之之间的通信。为此，适适配卡的主要要组成有：CAN总线控制器(sJAll000)、CAN总线驱动器(PCA882C2500)、EPP并行端口。sJAl0000是集成的独立CAN控制器，它它负责完成CAN总线通信协协议的物理层层和数据链路路层的功能。sJAl0000片含有控制制寄存器、命命令寄存器、状状态寄存器、中中断寄存器和和收发寄存器。PC机通过读写写这些寄存器器来实现对sJAl0000的控制；芯芯片的TX0、TXl、RX0、RXl引脚用于与CAN总线的接口口。PCA822C250是专门用于CAN总线收发驱驱动的9脚芯片，TXD、RXD引脚分别接接收和发送驱驱动后的信号号；CANH、CANL引脚接至双双绞线或同轴轴电缆等传输输介质。使用用PCA882C2500可以扩大通通信距离，能能提高系统的的抗干扰能力力，保护总线线，降低射频频干扰，实现现热防护等。sJAl0000的中断输出出信号／INT接到EPP的INTR中断后，通通过中断方式式实现PC机与CAN控制器的通通信。由于SJAl0000的中断输出出信号是低电电平有效，而而EPP的中断信号号是高电平有有效，所以在他们的连连线之间必须须加一个反向向器。根据通通信读写时序序的产生，设设计了一种由由软件产生读读写时序的电电路和一种由由硬件产生读读写时序的电电路。5．1软件产生生读写时序电电路连线说明：：sJAl0000的ADO~AAD7直接与EPP并行口的ADO~AAD7相连；ALE直接与nWritte相连；／RD,／WR分别与nAddSStrobee和nDataaStrobbe相连；／INT的引线反向向后与EPP的INTR相连(如图l所示)。此种电路设设计需要软件件产生访问外外设芯片所需需的读写时序序。在我们的的应用程序中中，对sJAl0000的读写函数数分别为ReadRReg和SetReeg，用汇编语语言实现如下下(如表3所示)：5．2硬件产生生读写时序连线说明：：nWAIT信号为外设设发送给PC的握手信号号，以便PC在访问慢速速外设时插入入等待周期。读写函数表表33voidSeetReg((impoort，intVValue))／／通过双向口口向sJAl0000发送数据，port为sJAl0000寄存器的地地址，value为要设置的的值imReaddReg(iintpoort)／／读取SJAAl000寄存器的值值，port为sJAl0000寄存器的地地址，返回的的值为该寄存存器的值{_sflm}movesxx，0／／临时寄存器器清零movdx，37ahmoval，0dShoutdx，al／／WRITEE高，ALE低电平，地地址选通movdx，378hmoveaxx，portoutdx，al／／将要访问的的sIAl0000寄存器地址址放上数据线线movdx，37ahmova1，0d4houtdx，al／／WRITEE高。ALE高，将地址址信号锁存mova1，0d5houtdx，al／／WRITEE高，ALE为低电平，地地址选通movdx，378hmDveaxx，valueeoutdx，al／／把要写的数数据送上数据据总线movdx．．37a}IImova1..0ddhout山．且JJ／／WRITEE低，可写，ALE低，地址选选通，将数据据写入sJAl0000movaI，0d5hout(1x，al／／复位，WRRITE为低，ALE低}}}intrettumcodde=0：asm}mo~e,sxx，0movdx，37alIImova1，0d5houtdx，al／／READ为为低电平，ALE低，地址选选通lnovdxx，378hmove．ssx，portoutdx，al／／将要访问的的sJAl0000寄存器地址址放上数据线线mov(b，337ahmova1，0d4houtdx，al／／READ低低，ALE高，将地址址锁存mova1..0d5houtdx．．al／／READ低低，ALE低，地址选选通movdx．．37aIllmova1..0d7h／／READ为为低，ALE低，数据被被送上数据线线outcb，almova1..0f7houtdx．．al／，lREADDENABLLE为1．允许数据据读入moveaxx．0movdx，378h．mal，ddx，／／从效效据总线读人人寄存器movretturneoode。eax[novdxx，37ahmova1，0f5houtdx，aL／／READ高，ALE低mova1，0d5houtdx，al／／恢复，关关掉READEENBLE}ieturnretummcode；}注：向控．I端端口37AH的ADDSTTB，DATASSTB，WRITE位写入1时，并行口17、14和1；I脚均为低电电平；相反写写入0时，三个引引脚均为高电电平。SJAll000的访问时间间在40ns以内，所以PC在访问sJAl0000时完全可以以不用插入等等待周期。nWAIT可由nAddrrStrobbe和nDattaStroobe信号经过一一个与非门后后产生。由于于sJAl0000的ALE是下降锁存存地址信号，所所以将nAddrrStrobbe反相后与ALE相连。在EPP的数据读／／写周期时，sJAl0000的RD和WR控制信号应应该有效，而而在地址读／／写周期时应应该无效。sJAl0000的RESET脚与并行端端口的nRESSET脚相连，由PC机向sJAl0000提供复位信信号。。地址／数据据读写说明：：握手信号nWAIT由nAddrrStrobbe和nDattaStroobe信号经过一一个与非门后后再延迟一段段时间产生，然然后可利用EPP并行口的数数据／地址周周期来产生sJAl0000芯片的读写写时序。sJAll000芯片的读写写时序分为地地址锁存和数数据读写。地地址锁存解决决的是地址的的写入和地址址锁存信号的的产生；数据据读写是数据据的读写以及及相应的读写写控制信号的的产生。所以以，可以利用用EPP的地址写周周期来产生SJAl0000读写时序的的地址锁存部部分，并用EPP并行口的数数据读写周期期来产生SJAl0000读写时序的的数据读写部分分。数据写周期期的时序如图图3所示，其步步骤如下：(1)程序向EEPP的DATA端口发送一一个I／O写周期命令令；(2)插入nWWRITE信号，同时时数据出现在在并行端口数数据线上；(3)当nWAAIT信号变成低低电平之后，插插人数据选通通信号；(4)端口等待待来自外设的的应答信号(取消nWAlT信号)；(5)取消数据据选通信号，EPP周期结束；；数据读周期的时时序如图4所示，其读读数据的步骤骤如下：(1)程序中向向EPPDAATA端口发送一一个I／O读周期命令令；(2)当nWAAIT信号变成低低电平之后，插插入数据选通通信号；(3)端口读取取数据位，取取消数据选通通信号；(4)端口等待待来自外设的的应答信号(取消nWAIT信号)；(5)EPP周周期结束；(6)ISA周周期结束。地址写和地地址读周期除除了把nDataaStrobbe信号替换成nAddSStrobee之外完全一一样。相关引引脚直值表如如表4所示。5．3两种设计计的比较实验表明明，采用软件件产生读写时时序设计的硬硬件比较简单单，便于调试试，但是程序序编写比较复复杂(需编写程序序产生SJAl0000的读写时序)；用硬件产产生读写时序序设计的硬件件稍微复杂，硬硬件调试也复复杂一些，但但是应用程序序的编写要简简单一些(不用编写程程序产生SJAl0000的读写时序)，而且端口口读写的速度度也快得多。6设计中存在在的几个问题题(1)PCA882C2500第8脚与地之间间的电阻Rs称为斜率电电阻，它的取取值决定了系系统处于高速速工作方式还还是斜率控制制方式。把该该引脚直接与与地相连，系系统将处于高高速工作方式式。在这种方方式下，为避避免射频干扰扰，建议使相相关引脚的真真值表表4／nData／nAddr／nWritee／WR／RDALE备注0l00l0数据读，地址锁锁存OlllO0数据写，地址锁锁存l000ll地址写，地址选选通lO1l0l地址读，地址选选通1l0ll0地址数据均无效效．等待llllll地址数据均无效效，等待注：①标加“／／”表示低电平平有效。加字字母“n”表示是并行行口的引脚。②因为地址和数数据不能同时时被选通，所所以，真值表表中就不列出出它们同时被被选通的情况况。用屏蔽电缆作总总线；而在波波特率较低、总总线较短时，一一般采用斜率率控制方式，上上升和下降的的斜率取决于于Rs的阻值。实实验数据表明明，15～200k为Rj较理想的取取值范围。在在这种方式下下，可以使用用平行线或双双绞线作总线线。(2)SJAAl000的TXl引脚悬空，RXl引脚的电位位必须维持在在约O．5Vce上，否则将将不能形成CAN协议所要求求的电平逻辑辑。如果系统统传输距离近近，环境干扰小，可以以不用电流隔隔离，这样可可以直接把PCA822C250的VRFF端(约为0．5Vcc)与RXl脚相连，从从而简化电路路。(3)必须将ssJAl0000的中断信号号取反之后才才能接到PC机并行口的的中断引脚上上，这样才能能保证硬件中中断的正确触触发。7通信控制程程序根据系统要要