2022年采用ADuM的CAN总线隔离方法 .pdf
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1、CAN(Controller Area Network)3总线又称控制局域网络,最早由德国BOSCH 公司推出,用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信,CAN 已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其总线规范已被ISO 国际标准组织制订为国际标准。CAN 的主要优点:1、为多主工作方式,可以很方便地构成多机备份系统,2、可以点对 点、点对多点及广播方式收发数据,通信速率最高可达到1Mb/s(此时通信数据最长为40m),实际节点数可达110 个,直接通信距离最远可达10km(速率 5kB/s 以下),3、CAN 网络上的节点可分为不同的优先级,以满足不同的实时要求,4、采用非破坏性仲裁技术,能
2、够有效地避免总线冲冲突;5、用短帧结构,每一帧的有效字节数为8 个(短帧传输时间短、受干扰概率小、重发时间短,每帧信息都有 CRC 校验及其他验错措施,可保证数据的低出错率;6、通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活;7、总线节点在错误严重的情况下,具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。基于 CAN 总线的智能节点的设计有经典的电路,本文介绍一种新的思路,可应用在煤矿等场合。1 系统概述如 图 1 所示,本系统由单片机、隔离器、CAN 控制器和外扩的 RAM 组成,其中,单片机选择 Atmel 公司推出的 T89C51CC014,它是一种功能强大的 8 位微控制器,自带
3、CAN 控制器和 32 KB Flash 存储器和 8 位微处理器,与 8051 系列单片机兼容,静态时钟模式,其周期时间为 300ns,内有 32KB 闪存程序存储器,可在系统编程(ISP),包括有 2KB 闪存引导存储器,2KB EEPROM 和 1.2KB RAM,可控制 15 个 CAN 通道,这些通道可编程用于接收、发送或接收缓冲器,可为网络节点提供硬件支持,并且内部还有A/D 转换和 PWM 发生器等其他功能。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 6 页 -AT89C51CC01 输出的信号不能与物理总线直接相连,必须使用 CAN 总线收发器,因此外接了基于
4、 CAN 总线协议的总线收发器PCA82C250,选择了经典的控制电路,PCA82C250 是CAN 控制器与总线之间的物理接口,可以提供对总线的差动发送和接收功能,针对 CANL 和CANH 的两种输出状态,总线具有两种不同的电平,这两种电平可以差分输入,接受端呈现显性或隐性两种状态,同时使用 PCA82C250 可以增长通信距离,提高系统的瞬间抗干扰能力。由于现场情况十分复杂,各节点之间存在很高的共模电压,虽然 CAN 接口采用的是差分传输方式,具有一定的抗共模干扰的能力,但当共模电压超过CAN 驱动器的极限接收电压时,CAN 驱动器就无法正常工作了,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备,因此,
5、为了适应强干扰环境或是高的性能要求,必须对CAN 总线各通信节点实行电气隔离。传统的 CAN 总线隔离的方法是光耦合器技术,使用光束来隔离和保护检测电路,以及在高压和低压电气环境之间提供一个安全接口,目前一般使用6N137 光电隔离器件。以 Toshiba公司的 6N137 为例,其工作电压为5V,最高速率 10Mbps,工作温度一般为070,隔离电压为 2500V(有效值)。并且以DIP8 型封装,每个芯片仅提供一个隔离通道,这些性能 已经限制了 6N137 在更高要求的环境中应用,因此,本系统采用了ADI 公司推出的新型双通道数字隔离器ADuM1201。ADuM1201 有诸多优于光电隔离
6、器件性能的地方,可满足CAN 总线的要求。虽然 AT89C51CC01 内部有 1KB 的 ERAM 可用来存储程序,但是为了保证数据存储具有足够大的空间,设计中外扩了128 字节的 RAM,即 61C1024,具体电路连接如图2 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 6 页 -PCA82C250 将接收到的所有总线上传输的帧,通过电流和电压隔离,传送到T89C51CC01的 CAN 模块。CAN 模块比较接收码寄存器和帧的 ID 码,相等的则接收,并引发一个接收中断,在接收中断的处理中,AT89C51CC01 读取 CAN 模块接收缓冲区中的数据,将其传送到 6
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