四通道位置控制的CAN總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘    要：本文介紹了一種基于單片機(jī)系統(tǒng)的CAN總線接口系統(tǒng)，通過將CAN總線上的數(shù)字指令轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)，送給已有的四路電動(dòng)伺服模擬控制系統(tǒng)。該方案實(shí)現(xiàn)了四通道位置控制的CAN總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：CAN總線；位置隨動(dòng)系統(tǒng)；D/A轉(zhuǎn)換；多路模擬開關(guān)

概述
根據(jù)課題要求，并經(jīng)充分考慮CAN總線數(shù)據(jù)通訊的特點(diǎn)、四個(gè)通道位置控制規(guī)律及實(shí)際工程的環(huán)境與條件之后，設(shè)計(jì)了一個(gè)CAN總線節(jié)點(diǎn)，并利用四個(gè)通道的控制信號(hào)來實(shí)施四路位置控制。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示，根據(jù)該圖可以把本文中要描述的系統(tǒng)劃分為三個(gè)部分：CAN總線接口電路、單片機(jī)系統(tǒng)、D/A轉(zhuǎn)換電路。CAN總線接口電路主要提供CAN總線物理層通訊協(xié)議所要求的電氣連接，保證可靠通訊；單片機(jī)系統(tǒng)是本CAN總線節(jié)點(diǎn)的中樞，主要是控制和協(xié)調(diào)各部分的正常工作，并按算法計(jì)算形成四通道的控制信號(hào)；D/A轉(zhuǎn)換電路則要把單片機(jī)所形成的四個(gè)通道的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為四路模擬控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)四路的電機(jī)控制系統(tǒng)，同時(shí)要保證系統(tǒng)允許的延時(shí)和信號(hào)的線性度，最終完成對(duì)四通道的位置控制。

硬件設(shè)計(jì)
CAN總線接口電路設(shè)計(jì)
完整的接口電路原理圖如圖2所示，該電路包含了CAN總線協(xié)議控制芯片SJA1000(與PCX82C200兼容)和CAN總線驅(qū)動(dòng)芯片82C250以及它們各自的外圍電路。在此只討論實(shí)現(xiàn)過程中幾個(gè)具體問題。
片選信號(hào)：總體方案設(shè)計(jì)中確定了本系統(tǒng)地址空間的分配，CAN總線接口電路占用了C000~DFFF。為了有效利用已有的邏輯芯片，采用線選法產(chǎn)生片選信號(hào)CanSelt。片選信號(hào)CanSelt低電平有效。
總線連接：由于SJA1000本身具有分時(shí)復(fù)用的8位地址數(shù)據(jù)總線，并且引腳3、引腳5以及引腳6分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)地址鎖存信號(hào)ALE、讀信號(hào)和寫信號(hào)，因此可以直接與80C196KC單片機(jī)的地址數(shù)據(jù)總線、控制總線對(duì)應(yīng)連接。
中斷信號(hào)：當(dāng)SJA1000進(jìn)行總線通信，需要單片機(jī)參與處理時(shí)，就在引腳16產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。這些觸發(fā)中斷的事件包括總線上成功接收到有效數(shù)據(jù)幀、成功發(fā)送數(shù)據(jù)幀、CAN協(xié)議芯片被其它CAN節(jié)點(diǎn)喚醒、接收緩沖區(qū)超限以及總線狀態(tài)出錯(cuò)等。引腳16平時(shí)維持高電平，中斷時(shí)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)。由于80C196KC單片機(jī)的外部中斷正跳變信號(hào)有效，所以SJA1000的中斷信號(hào)要經(jīng)過一個(gè)非門再送到單片機(jī)的外部中斷引腳。但在實(shí)際電路中，無中斷產(chǎn)生時(shí)，SJA1000的引腳16是觀察不到高電平的，只能觀察到0.7V~0.8V的電平信號(hào)。這是因?yàn)楦唠娖奖幌录?jí)的非門導(dǎo)通拉低所致，不影響正常使用。
多路D/A轉(zhuǎn)換通道電路設(shè)計(jì)
CAN總線是一種串行總線，總線上傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)字信號(hào)，而已有的電機(jī)控制系統(tǒng)是模擬控制系統(tǒng),因此需要設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換電路來解決這一問題。在D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)中主要考慮的問題是D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇、數(shù)字量的碼輸入及模擬量的極性輸出、參考電壓電流源、模擬電量輸出的調(diào)整與分配等?；谏鲜鲆蛩?，本設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。在該結(jié)構(gòu)中采用同一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換芯片分時(shí)、分別對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再由一個(gè)多路采樣保持電路將轉(zhuǎn)換結(jié)果分時(shí)提取，并送到各路模擬信號(hào)通道。
由于電機(jī)模擬控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下：
輸入/輸出關(guān)系：輸入為