1 Rhagymadrodd
Mae cyfathrebu offer diwydiannol fel arfer yn cynnwys amrywiaeth eang o gynhyrchion caledwedd a meddalwedd, yn ogystal â phrotocolau a ddefnyddir i gysylltu llwyfannau cyfrifiadurol safonol (cyfrifiaduron personol neu weithfannau) â dyfeisiau awtomeiddio diwydiannol. O ganlyniad, mae'r rhan fwyaf o ddyfeisiau awtomeiddio wedi'u cynllunio i weithredu gorchmynion cyfresol syml sy'n gydnaws â'r pyrth cyfresol safonol a geir ar gyfrifiaduron personol neu ar ychwanegu-ar gardiau porth cyfresol. RS-232 ar hyn o bryd yw'r rhyngwyneb cyfresol a ddefnyddir fwyaf yn y sectorau cyfrifiaduron personol a chyfathrebu diwydiannol. Diffinnir RS-232 fel un safon -wedi'i dylunio i ymestyn pellteroedd cyfathrebu mewn cyfathrebu cyfresol cyflym. Oherwydd bod RS-232 yn rhannu tir signal cyffredin rhwng y trosglwyddydd a'r derbynnydd, ni all ddefnyddio signalau gwahaniaethol; fel arall, byddai sŵn modd cyffredin yn cyd-fynd â'r system signal. Mae safon RS-232 yn pennu pellter mwyaf o ddim ond 15 m ac uchafswm cyfradd trosglwyddo signal o 20 kbit yr eiliad.
CAN, sy'n fyr am "Rwydwaith Ardal Reoli," yw un o'r bysiau maes a ddefnyddir fwyaf yn rhyngwladol. Mae rhwydwaith sengl sy'n cynnwys bysiau CAN wedi'i gyfyngu gan nodweddion trydanol caledwedd y rhwydwaith. Fel bws cyfathrebu cyfresol aml-, mae manylebau dylunio sylfaenol CAN yn gofyn am gyfraddau didau uchel a gwrthwynebiad cryf i ymyrraeth electromagnetig, yn ogystal â'r gallu i ganfod unrhyw wallau sy'n digwydd ar y bws cyfathrebu. Hyd yn oed pan fydd y pellter trosglwyddo signal yn cyrraedd 10 km, gall CAN barhau i ddarparu cyfraddau trosglwyddo data o hyd at 50 kbit yr eiliad. Mae Tabl 1 yn dangos y berthynas rhwng y pellter trosglwyddo uchaf rhwng unrhyw ddau nod ar fws CAN a’u cyfraddau didau.
Pellter Uchaf Rhwng Unrhyw Ddau Nod mewn Ffurfweddiad Trionglog mewn System Bws CAN
Cyfradd Didau/kbps 1000 500 250 125 100
Pellter Uchaf/m 40 130 270 530 620
Cyfradd Did (kbps) 50 20 10 5
Pellter Uchaf (m) 1300 3300 6700 10000
Fel y gwelir, mae bws CAN yn fws cyfresol gwell na RS-232 o ran perfformiad amser real, addasrwydd, hyblygrwydd a dibynadwyedd. Pan fydd dwy ddyfais gyfresol wedi'u lleoli ymhell oddi wrth ei gilydd ac na ellir eu cysylltu'n uniongyrchol trwy RS-232, gellir trosi RS-232 i CAN i gyflawni rhyng-gysylltiad rhwydwaith y dyfeisiau cyfresol trwy fws CAN.
Fodd bynnag, mae RS-232 a CAN yn wahanol iawn o ran lefelau foltedd a fformatau ffrâm. Yn benodol:
Mae'r safon RS-232 yn defnyddio rhesymeg negatif, gan ddiffinio unrhyw lefel foltedd rhwng +3V a +15V fel rhesymeg "0" ac unrhyw lefel foltedd rhwng -3V a -15V fel rhesymeg "1." Mae signalau CAN, ar y llaw arall, yn cael eu trosglwyddo gan ddefnyddio foltedd gwahaniaethol. Gelwir y ddwy linell signal yn "CAN_H" a "CAN_L." Yn y cyflwr statig, mae'r ddau tua 2.5V; cynrychiolir y cyflwr hwn fel "1" rhesymegol a chyfeirir ato hefyd fel "enciliol." Pan fydd CAN_H yn uwch na CAN_L, mae'n cynrychioli "0," rhesymegol a elwir yn "dominyddol." Yn y cyflwr dominyddol, y gwerthoedd foltedd nodweddiadol yw: CAN_H=3.5V, CAN_L=1.5V;
Y fformat ffrâm ar gyfer porthladd cyfresol RS-232 yw: un did cychwyn, wyth did data, nawfed did rhaglenadwy (sy'n gwasanaethu fel y cyfeiriad / did data ar gyfer trosglwyddo a derbyn), ac un stop. Mae fformat ffrâm ddata CAN yn cynnwys: pennawd ffrâm + ID + data (y gellir ei rannu'n ddau fformat: fframiau safonol a fframiau estynedig).
Felly, mae'r dyluniad yn gofyn am ficroreolydd i gyflawni trawsnewidiadau fel trawsnewidiadau fformat lefel a ffrâm. Dangosir y broses drosi yn Ffigur 1.
2 Dyluniad Caledwedd ar gyfer Trosi RS-232-i-CAN
Wrth ddylunio'r ddyfais trosi RS-232-i-CAN), defnyddir y microreolydd AT89C52 fel y microbrosesydd; defnyddir y SJA1000 fel y microreolydd CAN. Mae'r SJA1000 yn integreiddio swyddogaethau haen ffisegol a haen cyswllt data protocol CAN a gall drin fframio data cyfathrebu yn oddefol; Mae'r AT82C250 yn gweithredu fel y rhyngwyneb rhwng y rheolydd CAN a'r bws corfforol, gan ddarparu gallu trosglwyddo gwahaniaethol ar gyfer y bws a gallu derbyniad gwahaniaethol ar gyfer rheolydd CAN. Gellir dewis tri dull gweithredu gwahanol (cyflymder-uchel, rheoli llethr, a segur) trwy bin 3 yr AT82C250. Pan fydd pin 3 wedi'i seilio, mae'r ddyfais yn gweithredu mewn modd cyflym; mae ynysu optegol cyflym yn cael ei weithredu gan ddefnyddio'r 6N137, sy'n atal ymyrraeth gan signalau allanol; Defnyddir y MAX232 i drosi signalau 232 lefel i lefelau TTL ar gyfer y sglodion rhyngwyneb microreolydd. Am fanylion cylched rhyngwyneb caledwedd penodol, cyfeiriwch at yr adnoddau perthnasol ar gyfer y SJA1000; ni roddir eglurhad pellach yma. Fodd bynnag, dylid nodi'r pwyntiau canlynol.
(1) Mae gwrthydd 120Ω wedi'i gysylltu ar ddau ben y bws CAN i gyd-fynd â rhwystriant y bws, a thrwy hynny wella'r imiwnedd i ymyrraeth a dibynadwyedd cyfathrebu data. Yn ymarferol, fodd bynnag, mae'n ddigon sicrhau bod y gwrthydd siyntio rhwng "CAN_H" a "CAN_L" yn rhwydwaith CAN yn 60Ω.
(2) Gellir seilio pin 20 (RX1) o'r SJA1000 pan nad yw'n cael ei ddefnyddio (gweler y dyluniad meddalwedd am y rheswm penodol); o'i gyfuno â gosod bit CDR.6, gall hyn gynyddu hyd y bws yn sylweddol.
(3) Mae dull cysylltu pinnau TX0 a TX1 yn pennu lefel yr allbwn cyfresol. Cyfeiriwch at y gosodiadau yn y Gofrestr Rheoli Allbwn (OCR) am fanylion penodol.
(4) Mae gwrthydd llethr wedi'i gysylltu rhwng pin RS yr AT82C250 a'r ddaear. Gellir addasu'r gwerth gwrthiant yn briodol yn seiliedig ar gyflymder cyfathrebu bws, fel arfer yn amrywio o 16 kΩ i 140 kΩ.
(5) Mae'r MAX232 yn gofyn am bedwar cynwysorau electrolytig - C1, C2, C3, a C4 - a ddefnyddir hefyd ar gyfer trosi pŵer mewnol. Mae gan bob un sgôr o 1 μF/25 V; Argymhellir cynwysyddion tantalwm, a dylid eu gosod mor agos â phosibl at y sglodion. Rhaid cysylltu cynhwysydd datgysylltu 0.1 μF rhwng y cyflenwad pŵer VCC a'r ddaear.
3 Dylunio Meddalwedd ar gyfer Trosi RS-232 i CAN
O dan reolaeth microbrosesydd, gall defnyddio derbyniad porth cyfresol a CAN ymyrryd yn ystod cyfnewid data rhwng RS-232 a CAN wella effeithlonrwydd gweithredol. Dangosir prif siart llif y rhaglen yn Ffigur 2. Dim ond yn y modd ailosod y gellir cychwyn y SJA1000; mae hyn yn bennaf yn cynnwys gosod y modd gweithredu, rhaniad cloc, a chofrestrau hidlo derbyn, ffurfweddu paramedrau cyfradd baud, a gosod y gofrestr galluogi ymyrraeth.
Mae p'un a ellir trosglwyddo data'n gywir hefyd yn dibynnu ar y gyfradd baud a rheolaeth llif, sef agweddau na ellir eu hanwybyddu wrth ddylunio meddalwedd. Felly, bydd yr adrannau canlynol yn canolbwyntio ar gyfluniad cyfradd baud CAN, canfod cyfraddau baud porthladd cyfresol yn awtomatig, a rheoli llif data porthladd cyfresol.
3.1 Gosod y Gyfradd Hidlo CAN
Un o elfennau allweddol protocol CAN yw'r gyfradd baud. Gall defnyddwyr osod lleoliad y pwyntiau samplu did o fewn y cyfnod did a nifer y samplau, gan ganiatáu iddynt optimeiddio perfformiad rhwydwaith yn rhydd ar gyfer eu cymwysiadau. Fodd bynnag, yn ystod y broses optimeiddio hon, rhaid rhoi sylw i'r berthynas rhwng goddefgarwch yr oscillator cyfeirio a ddefnyddir ar gyfer paramedrau amseru bit ac oedi lluosogi gwahanol signalau o fewn y system.
Mae cyfradd didau'r system, fBil, yn cynrychioli nifer y didau data a drosglwyddir fesul uned o amser, hy, y gyfradd baud fBit=1/tBit. Mae'r amseriad didau enwol yn cynnwys tair segment nad ydynt yn gorgyffwrdd: SYNC_SEG, TSEG1, a TSEG2. Dynodir y tair segment amser hyn fel tSYNC_SEG, tTSEG1, a tTSEG2, yn y drefn honno. Felly, y cyfnod did nominal tBit yw swm y tair segment amser hyn.
tBit=tSYNC_SEG + tTSEG1 + tTSEG2
O fewn y cyfnod didau, mynegir y segmentau hyn yn nhermau lluosrifau cyfanrif uned amser sylfaenol. Gelwir yr uned amser hon yn gwota amser (TQ), ac mae hyd cwota amser yn un cylch o gloc system CAN (tSCL), sy'n deillio o gyfnod y cloc oscillator (tCLK). Gellir addasu cloc system CAN trwy raglennu'r ffactor prescaler (gwerth rhagosodedig cyfradd baud, BRP). Yn benodol:
TSCL=BRP × 2tCLK=2BPR/fCLK
Cyfnod amser pwysig iawn arall ar gyfer cyfrifiadau amseriad bit CAN yw lled naid cydamseru (SJW), sy'n para am TSJW. Nid yw'r segment SJW yn rhan o'r cylch didau; yn hytrach, mae'n diffinio uchafswm nifer y TQs y mae'r cylch didau yn cael ei ymestyn neu ei fyrhau yn ystod digwyddiad ail-gydamseru. Yn ogystal, mae'r protocol CAN yn galluogi defnyddwyr i nodi'r modd samplu did (SAM), a all fod naill ai'n fodd sampl sengl neu'n dri -dull sampl (gan ddewis un canlyniad o dri sampl). Mewn-modd sampl sengl, mae'r pwynt samplu ar ddiwedd segment TSEG1. Mewn -modd sampl tri, cymerir dau bwynt samplu ychwanegol o gymharu â -modd sampl sengl; mae'r rhain wedi'u lleoli cyn diwedd segment TSEG1, wedi'u gwahanu gan un TQ.
Gall y defnyddiwr ddiffinio'r BPR, SJW, SAM, TESG1, a TESG2 a grybwyllir uchod trwy gofrestrau mewnol BTR0 a BTR1 rheolydd CAN. Dangosir y manylion yn Ffigur 3. Ar ôl gosod BTR0 a BTR1, yr amrediad cyfradd baud gwirioneddol yw:
Uchafswm=1/(tBit - tSJW), Isafswm=1/(tBit + TSJW)
3.2 Canfod Cyfradd Baud Porth Cyfresol
Pan fydd dyfais gyfresol yn gweithredu fel gwesteiwr, os oes angen i chi ganfod cyfradd baud porth cyfresol y ddyfais trosi ar yr adeg honno, yn gyntaf gallwch chi osod cyfradd baud derbyn y gwesteiwr (9600 baud, er enghraifft) ac anfon cymeriad penodol (dychwelyd cerbyd, er enghraifft) o'r derfynell. Yn y modd hwn, gall y gwesteiwr bennu cyfradd baud cyfathrebu'r ddyfais trosi yn seiliedig ar y wybodaeth cymeriad a dderbyniwyd. Gwerth ASCII cymeriad dychwelyd y cerbyd yw 0DH; rhestrir y gwerthoedd a dderbyniwyd ar gyfraddau baud gwahanol yn Nhabl 2.
Beitiau a Dderbyniwyd ar Gyfraddau Baud Gwahanol
Cyfradd Baud (did/oedd) Bytes a Dderbyniwyd (Hecsadegol) Cyfradd Baud (did/au) Beit a Dderbyniwyd (Hecsadegol)
1200 80 4800 E6
1800 F0 9600 0D
2400 78 19200 F*
3.3 Rheoli Llif Porth Cyfresol
Mae'r term "llif" a ddefnyddir yma yn cyfeirio at lif data. Mae colli data yn aml yn digwydd wrth drosglwyddo rhwng dau borth cyfresol. Gan fod gan byffer y microreolydd allu cyfyngedig, os yw'r byffer yn llawn pan fydd data'n cael ei dderbyn, bydd unrhyw ddata sy'n parhau i gael ei anfon ar yr adeg honno yn cael ei golli. Mae rheoli llif yn datrys y broblem hon yn effeithiol: pan na all y pen derbyn brosesu'r data mewn pryd, mae'r system rheoli llif yn anfon signal "peidio â derbyn", gan achosi i'r pen anfon roi'r gorau i drosglwyddo nes ei fod yn derbyn signal "ailddechrau trosglwyddo". Felly, mae rheolaeth llif yn rheoli'r broses trosglwyddo data ac yn atal colli data. Y ddau fath o reolaeth llif a ddefnyddir yn gyffredin yw rheoli llif caledwedd (gan gynnwys RTS/CTS, DTR/CTS, ac ati) a rheoli llif meddalwedd (XON/XOFF-parhau/stopio). Mae'r esboniad canlynol yn canolbwyntio'n unig ar y dull rheoli llif caledwedd gan ddefnyddio RTS/CTS.
Wrth ddefnyddio caledwedd ar gyfer rheoli llif, mae pinnau RTS a CTS y derfynell gyfresol wedi'u cysylltu â phorthladdoedd I/O y microreolydd, a derbynnir a throsglwyddir signalau cychwyn/stopio trwy osod y pyrth I/O i 1 neu 0. Mae'r offer terfynell data (fel cyfrifiadur) yn defnyddio RTS i gychwyn y llif data a anfonir gan y microreolydd, tra bod y microreolwr yn defnyddio'r data CTS i gychwyn ac yn defnyddio'r llif data CTS i oedi. I weithredu'r dull ysgwyd llaw caledwedd hwn, gosodir baner lefel uchel a baner lefel isel yn ystod rhaglennu yn seiliedig ar faint y byffer derbyn. Pan fydd swm y data yn y byffer yn cyrraedd y trothwy lefel uchel, mae'r llinell CTS ar y pen derbyn yn cael ei gosod yn isel (rhesymeg 0). Pan fydd y rhaglen ar y pen trawsyrru yn canfod bod CTS yn isel, mae'n rhoi'r gorau i drosglwyddo data nes bod swm y data yn y byffer derbyn yn disgyn islaw'r trothwy lefel isel a CTS wedi'i osod yn uchel. Defnyddir RTS i nodi a yw'r ddyfais sy'n derbyn yn barod i dderbyn data.
3.4 GALLU Derbyn Is-reolwaith
Mae fformat PeliCAN yn cefnogi fframiau safonol ac estynedig. Gellir ffurfweddu'r modd CAN gan ddefnyddio CDR.7 yn y gofrestr rhannwr cloc (0 ar gyfer BasicCAN, 1 ar gyfer PeliCAN). Wrth dderbyn data CAN, defnyddir y bit FF yn y ffrâm gwybodaeth i benderfynu a yw'n ffrâm safonol neu estynedig, a defnyddir y bit RTR i wahaniaethu rhwng ffrâm anghysbell a ffrâm ddata. Mae'r canlynol yn is-reolwaith CAN receive:
;//////////////////////////////////////////////////////////////////
;// GALLU Derbynfa Data / Uno i Fformat Ffrâm gydag ID 2-Beit //
;///////////////////////////////////////////////////////////////////////
ADFAN:
MOV R0, #C_RE ; Cyfeiriad cychwyn byffer mewnol y microreolydd
MOV DPTR, #RXBUF ; Darllen a chadw cynnwys y byffer derbyn
MOVX A, @DPTR ; Darllenwch ail beit y byffer CAN
MOV @R0, A ; Arbed
JB ACC.7, EFF_RE ; Did FF: 0=SFF, 1=EFF
MOV R2, #0
SJMP SFF_RE ; Yn dibynnu ar y rhif adnabod, mae'r sefyllfa lle mae'r "beit data" yn cael ei ddal yn amrywio
EFF_RE: MOV R2, #2
SFF_RE: MOV R2, #2
SFF_RE:
JB ACC.6, EXIT_RECAN ; Gwiriwch y did RTR; os 1 (ffrâm o bell), neidio allan
ANL A, #0FH
MOV R3, A ; Ar y pwynt hwn, mae'r 4 did canol yn cynrychioli hyd y data
MOV C_NUM, A ; Storiwch hyd y ffrâm a dderbyniwyd yn R3 a R5
RDATA0:
Inc DPTR; ID 2-beit
INC R0
MOVX A, @DPTR
MOV @R0,A
INC DPTR
MOVX A, @R0, A
INC DPTR
MOVX A, @DPTR
MOV @R0,A
MOV A, R2 ; Os yw EFF, sgipiwch yr ID beit dau
JZ DRATA1
INC DPTR
INC DPTR
DATA1: ; Beitiau data
INC DPTR
INC R0
MOVX A, @DPTR
MOV @R0,A
DJNZ R3, RDATA1
EXIT_RECAN:
RET
4 Casgliad
Mae miniatureiddio cyfrifiaduron wedi darparu'r amodau angenrheidiol ar gyfer datblygu offerynnau mesur a rheoli yn ddeallus, gan alluogi dyfeisiau terfynell sy'n seiliedig ar ficrobrosesydd i feddu ar alluoedd cyfathrebu digidol uwch. Gydag ymddangosiad nifer cynyddol o derfynellau clyfar, mae gofynion uwch yn cael eu gosod ar bensaernïaeth rhwydwaith, protocolau, perfformiad amser real, yn ogystal â chymhwysedd, hyblygrwydd, dibynadwyedd, a hyd yn oed gost. O ganlyniad, mae gan dechnoleg fieldbus addewid mawr ar gyfer datblygiad yn y dyfodol. Mae strwythur ffrâm y bws CAN yn cynnwys dynodwr (ID), sy'n ei gwneud hi'n bosibl cael gwesteiwyr rhwydwaith lluosog o fewn rhwydwaith dyfais; hynny yw, trwy'r gwesteiwyr rhwydwaith hyn, gellir monitro statws gweithredol y rhwydwaith dyfeisiau cyfan, a gellir gwneud penderfyniadau rheoli cyfatebol. Mae'r ddyfais hon bellach wedi'i datblygu'n llawn ac wedi cyflawni canlyniadau rhagorol mewn cymwysiadau ymarferol.