logo

数控系统远程输入输出模块嵌入式设计中CAN总线的应用

   文章来源:Internet  发布时间:2009-09-17  访问量:2026

  一、数控系统远程输入输出模块结构设计
  该模块的组成结构设计如下: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。
  基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现1
  二、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STC89C516RD+。在CAN总线通信接口中,CAN通信控制器选用SJA1000,CAN总线驱动器采用PCA82C250。由图2 CAN远程输入输出模块硬件原理图可以看出,电路主要由6部分组成: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行扫描输入,以及初始化SJA1000,并通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。
  SJA1000的AD0~AD7连接到STC89C516RD+的P0口,片选信号CS*由P2.7控制,其为0时CPU片外存储器地址可选中SJA1000,进而可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的RD*WR*ALE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进行实时访问。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000~111,所以该ID号的取值为0~7。
  基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现2
  为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,SJA1000的TX0和RX0并不是直接与PCA82C250的TXD和RXD相连,而是在中间加入了一级高速光耦6N137,这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离,但前提是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,或带多5 V隔离输出的开关电源模块实现。这虽然增加了接口电路的复杂性及成本,但却提高了节点的稳定性和安全性。
  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*进行锁存控制。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*进行选通控制。这样STC89C516RD+就可以方便地对外部I/O进行访问而无须其他额外的软硬件开支,大大提高了STC89C516RD+的执行效率。
  三、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大部分: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模式的标准帧格式。
  程序流程如图3所示。SJA1000初始化只有在复位模式下才能进行,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、接收屏蔽寄存器(AMR)和接收代码寄存器(ACR)的设置、波特率设置和中断允许寄存器(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来判断是否该接收该指令帧,如果不应该接收,将信息丢弃,如果应该接收,将指令输出给机床。
  基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现3
  四、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。
  基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现4
  注意在该网络中,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0~7,所以本设计数控系统外部可扩展8个输入输出模块,其中各个模块ID号设置不能相同,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,则一共可以扩展到512(64*8)个输入输出点。

品牌价值、美誉度稳居行业第一
公司规模、技术实力稳居行业第一
行业顶尖工程师稳居行业第一
项目交接率、交接数量稳居行业第一

个人与10万元以下项目客户
中小型企业客户
政府/医疗/军事机构/科研机构
大中型企业/集团公司/上市公司
VIP客户/欧美客户/定制型客户