Forritshönnun fyrir RS-232-til-CAN-umbreytingu með því að nota Fieldbus-tækni

1 Inngangur

Samskipti iðnaðarbúnaðar fela venjulega í sér margs konar vélbúnaðar- og hugbúnaðarvörur, svo og samskiptareglur sem notaðar eru til að tengja staðlaða tölvupalla (einkatölvur eða vinnustöðvar) við sjálfvirkni í iðnaði. Þar af leiðandi eru flest sjálfvirknitæki hönnuð til að framkvæma einfaldar raðskipanir sem eru samhæfar stöðluðum raðtengi sem finnast á einkatölvum eða á viðbótum-á raðtengikortum. RS-232 er sem stendur mest notaða raðviðmótið í tölvu- og iðnaðarsamskiptageiranum. RS-232 er skilgreint sem einn-staðall sem er hannaður til að lengja fjarskiptavegalengdir í lághraða raðsamskiptum. Vegna þess að RS-232 deilir sameiginlegri merkjajörð milli sendis og móttakara getur það ekki notað mismunamerki; annars myndi venjulegur hávaði tengjast merkjakerfinu. RS-232 staðallinn tilgreinir hámarksfjarlægð sem er aðeins 15 m og hámarks sendingarhraði merkja upp á 20 kbit/s.

CAN, stytting á „Controller Area Network“, er ein mest notaða vettvangsrútan á alþjóðavettvangi. Eitt net sem samanstendur af CAN rútum er takmarkað af rafeiginleikum netbúnaðarins. Sem fjöl-master raðsamskiptarúta, krefjast grunnhönnunarforskriftir CAN háa bitahraða og sterka mótstöðu gegn rafsegultruflunum, sem og getu til að greina allar villur sem eiga sér stað á samskiptarútunni. Jafnvel þegar merkjasendingarfjarlægðin nær 10 km getur CAN samt veitt gagnaflutningshraða allt að 50 kbit/s. Tafla 1 sýnir sambandið milli hámarks sendingarfjarlægðar milli tveggja hnúta á CAN strætó og bitahraða þeirra.

Hámarksfjarlægð milli tveggja hnúta í þríhyrningslaga uppsetningu í CAN strætókerfi

Bitahraði/kbps 1000 500 250 125 100

Hámarksfjarlægð/m 40 130 270 530 620

Bitahraði (kbps) 50 20 10 5

Hámarksfjarlægð (m) 1300 3300 6700 10000

Eins og sjá má er CAN-rútan betri raðrúta en RS-232 hvað varðar afköst í rauntíma, aðlögunarhæfni, sveigjanleika og áreiðanleika. Þegar tvö raðtæki eru staðsett langt á milli og ekki er hægt að tengja þau beint í gegnum RS-232, er hægt að breyta RS-232 í CAN til að ná nettengingu raðtækjanna í gegnum CAN-rútuna.

Hins vegar eru RS-232 og CAN verulega mismunandi hvað varðar spennustig og rammasnið. Nánar tiltekið:

RS-232 staðallinn notar neikvæða rökfræði og skilgreinir hvaða spennustig sem er á milli +3V og +15V sem rökfræði "0" og hvaða spennustig sem er á milli -3V og -15V sem rökfræði "1." CAN merki eru aftur á móti send með mismunaspennu. Merkjalínurnar tvær eru kallaðar "CAN_H" og "CAN_L." Í kyrrstöðu eru báðir um það bil 2,5V; þetta ástand er táknað sem rökrétt „1“ og er einnig vísað til sem „víkjandi“. Þegar CAN_H er hærra en CAN_L táknar það rökrétt „0,“ þekkt sem „ríkjandi“. Í ríkjandi ástandi eru dæmigerð spennugildi: CAN_H=3.5V, CAN_L=1.5V;

Rammasniðið fyrir RS-232 raðtengi er: einn upphafsbiti, átta gagnabitar, forritanlegur níundi biti (sem þjónar sem vistfang/gagnabiti fyrir bæði sendingu og móttöku) og einn stöðvunarbiti. CAN gagnarammasniðið samanstendur af: rammahaus + auðkenni + gögnum (sem má skipta í tvö snið: staðlaða ramma og útbreidda ramma).

Þess vegna krefst hönnunin örstýringar til að framkvæma umbreytingar eins og umbreytingar á stigum og rammasniði. Umbreytingarferlið er sýnt á mynd 1.

2 Vélbúnaðarhönnun fyrir RS-232-til-CAN umbreytingu

Við hönnun RS-232-til-CAN umbreytingartækisins er AT89C52 örstýringin notuð sem örgjörvi; SJA1000 er notað sem CAN örstýringur. SJA1000 samþættir líkamlegt lag og gagnatenglalagsaðgerðir CAN samskiptareglunnar og getur með óvirkum hætti séð um ramma samskiptagagna; AT82C250 þjónar sem tengi milli CAN stjórnandans og líkamlega strætósins, sem veitir mismunadrifssendingargetu fyrir rútuna og mismunadrifsmóttökugetu fyrir CAN stjórnandann. Hægt er að velja þrjár mismunandi notkunarstillingar (há-hraða, hallastýringu og biðstöðu) með pinna 3 á AT82C250. Þegar pinna 3 er jarðtengdur starfar tækið í háhraðastillingu; háhraða sjóneinangrun er útfærð með því að nota 6N137, sem kemur í veg fyrir truflun frá utanaðkomandi merkjum; MAX232 er notað til að umbreyta 232 stiga merkjum í TTL stig fyrir viðmótsflöguna fyrir örstýringuna. Fyrir sérstakar upplýsingar um vélbúnaðarviðmót hringrásar, vinsamlegast skoðaðu viðeigandi úrræði fyrir SJA1000; frekari skýringar eru ekki veittar hér. Hins vegar skal tekið fram eftirfarandi atriði.

(1) 120Ω viðnám er tengt við báða enda CAN strætósins til að passa við strætóviðnám, og þar með bætt ónæmi fyrir truflunum og áreiðanleika gagnasamskipta. Í reynd er hins vegar nóg að tryggja að shunt viðnám milli "CAN_H" og "CAN_L" í CAN netinu sé 60Ω.

(2) Hægt er að jarðtengja pinna 20 (RX1) á SJA1000 þegar hann er ekki í notkun (sjá hugbúnaðarhönnun fyrir sérstaka ástæðu); þegar það er sameinað með stillingu bita CDR.6 getur þetta aukið strætólengdina verulega.

(3) Tengingaraðferð pinna TX0 og TX1 ákvarðar magn raðúttaksins. Sjá stillingar í Output Control Register (OCR) fyrir sérstakar upplýsingar.

(4) Hallaviðnám er tengt á milli RS pinna AT82C250 og jarðar. Viðnámsgildið er hægt að stilla á viðeigandi hátt miðað við strætósamskiptahraða, venjulega á bilinu 16 kΩ til 140 kΩ.

(5) MAX232 krefst fjögurra rafgreiningarþétta-C1, C2, C3 og C4 - sem einnig eru notaðir fyrir innri aflbreytingu. Allir hafa einkunnina 1 μF/25 V; Mælt er með tantalþéttum og þeir ættu að vera settir eins nálægt flísinni og hægt er. Tengdur verður 0,1 μF aftengingarþétti á milli VCC aflgjafa og jarðar.

3 Hugbúnaðarhönnun fyrir RS-232 í CAN umbreytingu

Undir stjórn örgjörva getur notkun raðtengimóttöku og CAN truflana við gagnaskipti milli RS-232 og CAN bætt rekstrarskilvirkni. Aðalflæðiritið er sýnt á mynd 2. SJA1000 er aðeins hægt að frumstilla í endurstillingarham; þetta felur fyrst og fremst í sér að stilla rekstrarham, klukkuskiptingu og samþykkissíuskrár, stilla breytur fyrir flutningshraða og stilla truflunarvirkjaskrána.

3.1 Stilling CAN síuhraða

Einn af lykilþáttum CAN-samskiptareglunnar er flutningshraðinn. Notendur geta stillt staðsetningu bitasýnatökustaða innan bitatímabilsins og fjölda sýna, sem gerir þeim kleift að hámarka afköst netkerfisins frjálslega fyrir forrit sín. Hins vegar, meðan á þessu hagræðingarferli stendur, verður að huga að sambandinu á milli vikmarks viðmiðunarsveiflunnar sem notaður er fyrir bitatímabreytur og útbreiðslutafa mismunandi merkja innan kerfisins.

Bitahraði kerfisins, fBil, táknar fjölda gagnabita sem sendir eru á hverja tímaeiningu, þ.e. baud-hraði fBit=1/tBit. Nafnbitatíminn samanstendur af þremur hlutum sem ekki-skarast: SYNC_SEG, TSEG1 og TSEG2. Þessir þrír tímahlutar eru táknaðir sem tSYNC_SEG, tTSEG1 og tTSEG2, í sömu röð. Þess vegna er nafnbitatímabilið tBit summa þessara þriggja tímahluta.

tBit=tSYNC_SEG + tTSEG1 + tTSEG2

Innan bitatímabilsins eru þessir hlutir gefin upp sem heiltölu margfeldi af grunntímaeiningu. Þessi tímaeining er kölluð tímakvóti (TQ) og lengd tímakvóta er ein lota CAN kerfisklukkunnar (tSCL), sem er fengin af sveifluklukkutímabilinu (tCLK). Hægt er að stilla CAN kerfisklukkuna með því að forrita forskalastuðulinn (forstillt flutningshraði, BRP). Nánar tiltekið:

tSCL=BRP × 2tCLK=2BPR/fCLK

Annað mjög mikilvægt tímabil fyrir útreikninga á CAN bita tímasetningu er samstillingarstökkbreidd (SJW), sem hefur lengd tSJW. SJW hluti er ekki hluti af bitahringnum; frekar, það skilgreinir hámarksfjölda TQs sem bitahringurinn er framlengdur eða styttur um meðan á endursamstillingartilvik stendur. Að auki gerir CAN samskiptareglur notendum kleift að tilgreina bitasýnisháttinn (SAM), sem getur verið annaðhvort stakur-sýnisháttur eða þriggja-sýnisháttur (velja eina niðurstöðu úr þremur sýnum). Í stakri-sýnastillingu er sýnatökustaðurinn í lok TSEG1 hlutans. Í þriggja-sýnishornsham eru tveir auka sýnatökupunktar teknir samanborið við einn-sýnishornsham; þessar eru staðsettar fyrir lok TSEG1 hlutans, aðskilin með einum TQ.

3.2 Serial Port Baud Rate Detection

Þegar raðbúnaður virkar sem gestgjafi, ef þú þarft að greina raðtengisbaudratann á umbreytingartækinu á þeim tíma, geturðu fyrst stillt móttökubaudhraða hýsilsins (t.d. 9600 baud) og sent tiltekinn staf (t.d. vagnsskil) frá flugstöðinni. Á þennan hátt getur gestgjafinn ákvarðað samskiptahraða umbreytingarbúnaðarins út frá mótteknum persónuupplýsingum. ASCII gildi vagnsskilastafsins er 0DH; gildin sem berast á mismunandi flutningshraða eru skráð í töflu 2.

Bæti móttekin á mismunandi Baud gengi

Baud-hraði (bit/s) Móttekin bæti (sextándar) Baud-hraði (biti/s) Móttekin bæti (sextándar)

1200 80 4800 E6

1800 F0 9600 0D

2400 78 19200 F*

3.3 Serial Port Flow Control

Hugtakið „flæði“ sem notað er hér vísar til gagnaflæðis. Gagnatap á sér oft stað við sendingu milli tveggja raðtengja. Þar sem biðminni örstýringarinnar hefur takmarkaða getu, ef biðminni er full þegar gögn eru móttekin, munu öll gögn sem halda áfram að vera send á þeim tíma glatast. Flæðisstýring leysir þetta vandamál í raun: þegar móttakandinn getur ekki unnið úr gögnunum í tæka tíð sendir flæðistýringarkerfið "ekki móttekið" merki, sem veldur því að sendiendinn hættir að senda þangað til hann fær merki "halda áfram að senda". Þess vegna stjórnar flæðisstjórnun gagnaflutningsferlinu og kemur í veg fyrir tap á gögnum. Tvær algengustu tegundir flæðisstýringar eru vélbúnaðarflæðisstýring (þar á meðal RTS/CTS, DTR/CTS osfrv.) og hugbúnaðarflæðisstýring (XON/XOFF-halda áfram/stöðva). Eftirfarandi skýring beinist eingöngu að vélbúnaðarflæðisstýringaraðferðinni sem notar RTS/CTS.

Þegar vélbúnaður er notaður fyrir flæðisstýringu eru RTS og CTS pinnar raðtengisins tengdir við inn/úttengi örstýringarinnar og ræsi/stöðvunarmerki eru móttekin og send með því að stilla inn/úttengi á 1 eða 0. Gagnaútbúnaðurinn (eins og tölva) notar RTS til að hefja gagnastrauminn sem sendur er af örstýringunni, á meðan CTS örstýringin setur gagnastrauminn í gang og gerir hlé á tölvunni. Til að innleiða þessa vélbúnaðarhandtakaaðferð er há-fáni og lág-flag stilltur á meðan á forritun stendur byggt á stærð móttökubuffsins. Þegar gagnamagn í biðminni nær háum-þröskuldi er CTS línan við móttökuenda stillt lágt (rökfræði 0). Þegar forritið í sendingarendanum skynjar að CTS er lágt, hættir það að senda gögn þar til gagnamagnið í móttökubuffinu fer niður fyrir lág-þröskuld og CTS er stillt hátt. RTS er notað til að gefa til kynna hvort móttökutækið sé tilbúið til að taka á móti gögnum.

3.4 GETUR tekið á móti undirrútínu

PeliCAN sniðið styður bæði staðlaða og lengri ramma. Hægt er að stilla CAN-stillinguna með því að nota CDR.7 í klukkuskilaskránni (0 fyrir BasicCAN, 1 fyrir PeliCAN). Við móttöku CAN gagna er FF bitinn í rammaupplýsingunum notaður til að ákvarða hvort um er að ræða staðlaðan eða útbreiddan ramma og RTR bitinn er notaður til að greina á milli ytri ramma og gagnaramma. Eftirfarandi er CAN móttöku undirrútínan:

;//////////////////////////////////////////////////////////////////

;//CAN gagnamóttaka/sameinað í rammasnið með 2-bæta auðkenni//

;///////////////////////////////////////////////////////////////////////

RECA:

MOV R0, #C_RE ; Byrjunarfang innri biðminni örstýringarinnar

MOV DPTR, #RXBUF ; Lestu og vistaðu innihald móttökubuffsins

MOVX A, @DPTR ; Lestu annað bæti CAN biðminni

MOV @R0, A ; Vista

JB ACC.7, EFF_RE ; FF biti: 0=SFF, 1=EFF

MOV R2, #0

SJMP SFF_RE ; Það fer eftir kennitölu, staðsetningin þar sem „gagnabætið“ er tekið breytilegt

EFF_RE: MOV R2, #2

SFF_RE: MOV R2, #2

SFF_RE:

JB ACC.6, EXIT_RECAN ; Athugaðu RTR bitann; ef 1 (fjarlægur rammi), hoppaðu út

ANL A, #0FH

MOV R3, A ; Á þessum tímapunkti tákna miðstu 4 bitarnir gagnalengdina

MOV C_NUM, A ; Geymið lengd móttekins ramma í R3 og R5

RDATA0:

INC DPTR ; 2-bæta auðkenni

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; Ef EFF, slepptu tveggja-bæta auðkenninu

JZ DRATA1

INC DPTR

INC DPTR

GÖGN1: ; Gagnabæti

INC DPTR

INC R0

MOVX A, @DPTR

MOV @R0, A

DJNZ R3, RDATA1

EXIT_RECAN:

RET

4 Niðurstaða

Smávæðing tölva hefur skapað nauðsynleg skilyrði fyrir skynsamlegri þróun mæli- og stýritækja, sem gerir örgjörva-undirstaða útstöðvar kleift að búa yfir yfirburða stafrænni samskiptagetu. Með tilkomu aukins fjölda snjallstöðva eru gerðar meiri kröfur um netarkitektúr, samskiptareglur, rauntíma-afköst, sem og notagildi, sveigjanleika, áreiðanleika og jafnvel kostnað. Þar af leiðandi lofar fieldbus tæknin miklu fyrir framtíðarþróun. Rammauppbygging CAN-rútunnar inniheldur auðkenni (ID), sem gerir það mögulegt að hafa marga nethýsa innan tækjakerfis; það er, í gegnum þessa nethýsingar, er hægt að fylgjast með rekstrarstöðu alls tækjakerfisins og taka samsvarandi stjórnunarákvarðanir. Þetta tæki hefur nú verið fullþróað og hefur náð frábærum árangri í hagnýtri notkun.