基于DeviceNet總線的從設(shè)備通迅適配器設(shè)計
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多年來，過程工業(yè)一直致力于開發(fā)一種單一的、開放的標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)場的各類設(shè)備進行編址。標(biāo)準(zhǔn)的最初目標(biāo)是用單一的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)取代4-20mA標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)范圍擴展到尋址復(fù)雜的、高難度的服務(wù)時（如：控制器間的高速通訊、大量快速掃描設(shè)備間的時間同步）單一標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)變得延遲了。同時，通訊技術(shù)的成本近幾年已經(jīng)明顯的降低，將簡單設(shè)備直接連接到網(wǎng)絡(luò)上（而不必考慮SP50現(xiàn)場總線）的成本由此變得經(jīng)濟。簡單設(shè)備的這種標(biāo)準(zhǔn)要求同現(xiàn)存的120/220VAC和24VDC離散、硬接線I/O標(biāo)準(zhǔn)具有相同級別的互換性。DeviceNet在允許多個復(fù)雜設(shè)備互連接的同時，允許簡單設(shè)備的互換性。除了讀取離散設(shè)備的狀態(tài)外，DeviceNet還可以報告馬達啟動器內(nèi)溫度、讀取負載電流、改變驅(qū)動器加減速速率、或統(tǒng)計前一小時通過傳輸帶傳送的包裹計數(shù)。
DeviceNet是一個開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范和協(xié)議都是開放的 ― 供應(yīng)商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時，無需為硬件，軟件或授權(quán)付費。任何人都能以名義上的復(fù)制成本（目前：$250USD+郵費）從開放式DeciceNet供應(yīng)商協(xié)會（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范。任何制造（或有打算制造）DeviceNet產(chǎn)品的公司都可以加入ODVA，并參加對DeviceNet規(guī)范進行增補的技術(shù)工作組。
本文設(shè)計針對的DeviceNet從設(shè)備特性如下：屬于DeviceNet group 2 only 從設(shè)備；采用Predefine的通訊連接；可通過硬件開關(guān)設(shè)置125kbps、250kbps、500kbps波特率；可通過硬件開關(guān)設(shè)置0~63 MAC ID。在軟件、硬件設(shè)計前應(yīng)首先進行從設(shè)備（泵/閥）I/O需求分析（即profile文檔設(shè)計），由于篇幅關(guān)系本文從略。
下面就該從設(shè)備通訊適配器的硬件和軟件設(shè)計做一個詳細介紹。
一、通迅適配器硬件系統(tǒng)設(shè)計
1 功能簡介
DeviceNet是基于CAN總線的一種總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。因此，DeviceNet從設(shè)備適配器硬件首先應(yīng)實現(xiàn)CAN總線的基本功能，主要包括：報文收發(fā)、訪問控制及其他物理層的諸多功能。此外，為實現(xiàn)DeviceNet協(xié)議，硬件應(yīng)具有足夠大的程序存貯空間，并具有足夠快的運行速度，以保證協(xié)議程序的順利執(zhí)行。
2 硬件原理
DeviceNet節(jié)點硬件主要由以下幾部分組成：電源，單片機系統(tǒng)，看門狗及掉電保護電路，CAN控制器SJA1000，CAN收發(fā)器82C251，撥碼開關(guān)及狀態(tài)LED顯示，雙口RAM IDT7005，AnyBus接口?？傮w設(shè)計框圖見圖1。
各部分功能介紹：
電源
DeviceNet適配器通過總線獲取電源，并將電壓降到系統(tǒng)所需的5V。該電源電路的電壓輸入范圍為11-25V，輸出5V，并具有防止反接和掉點檢測功能。硬件采用7805（1.5A）實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，并采用場效應(yīng)管IRFD9120防止電源反接對系統(tǒng)造成損害。
單片機
DeviceNet適配器選用Winbond公司的高性能8位單片機W78E58。W78E58功能與引腳與80C52完全兼容，并提供256字節(jié)的內(nèi)部RAM以及32K字節(jié)的Flash EEPROM，從而使系統(tǒng)不需擴展外部程序存貯器便可滿足DeviceNet協(xié)議程序的容量要求。W78E58最高可在40MHZ的主頻下運行，處理速度完全滿足DeviceNet節(jié)點通信的實時性要求。
為減少芯片的數(shù)量及降低硬件成本，本系統(tǒng)只擴展一片8K的雙口RAM，其前面7K字節(jié)用于外部數(shù)據(jù)存貯，最后1K用于提供與其它應(yīng)用電路的通訊接口。
看門狗及掉電保護電路
采用MAX706芯片，從而減少了復(fù)位及電源檢測電路所需的元器件數(shù)量，該芯片與分離器件相比具有更高的可靠性。MAX706芯片主要有以下功能：
u 提供單片機和SJA1000所需的上電復(fù)位、手動復(fù)位信號；
u 提供1.6秒的看門狗定時器；
u 具有電源電壓檢測功能。
WDI為看門狗定時器清零引腳，如果該引腳保持低電平或高電平超過 1.6秒，則Watch Dog輸出引腳WDO將變成低電平使系統(tǒng)復(fù)位，從而使程序運行更加可靠。由于SJA1000和單片機分別為低電平和高電平復(fù)位，因而RESET引腳的輸出通過非門連接到單片機的復(fù)位端。
CAN控制器SJA1000
DeviceNet總線報文的收發(fā)以及媒體訪問控制等都是依據(jù)CAN總線協(xié)議，而這些協(xié)議都要通過CAN控制器加以實現(xiàn)。DeviceNet通信節(jié)點選用目前比較流行的PHILIPS CAN控制器SJA1000，由于DeviceNet總線協(xié)議采用11位的identifier，因此應(yīng)使SJA1000工作在Basic CAN模式。其片選、ALE、以及讀寫等信號分別與138譯碼器及單片機的相應(yīng)信號相連；中斷信號連接到單片機的外部中斷1（P3.3）；選用16MHZ晶振。
硬件設(shè)計原理圖
CAN收發(fā)器82C251
CAN收發(fā)器82C251（Transceiver）的主要作用是收發(fā)CAN總線上的信號，即，一方面將總線信號轉(zhuǎn)換為CAN控制器所需的信號，另一方面，將CAN控制器的輸出信號轉(zhuǎn)化為CAN總線信號。DeviceNet通信節(jié)點選用PHILIPS PCA82C251收發(fā)器，其TXD、RXD引腳分別與SJA1000的TXD和RXD引腳相連，CANL、CANH引腳分別連接到DeviceNet Connector的2、4端。
撥碼開關(guān)及狀態(tài)LED顯示
DeviceNet適配器通過一組撥碼開關(guān)和兩個雙色二極管實現(xiàn)節(jié)點的MAC地址、波特率設(shè)置以及節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)顯示。由于DeviceNet最多支持64個從節(jié)點，并且只有三種波特率可供選擇，因此只需一個八位的DIP開關(guān)便可實現(xiàn)MAC地址和波特率的設(shè)置（其中六位用以設(shè)置MAC地址，兩位用來選擇波特率）。對節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分別采用一個雙色二極管進行指示。由于單片機接口的限制，硬件中通過一片74HC273鎖存器擴展了一個輸出接口，從而驅(qū)動兩個雙色二極管進行顯示。
硬件中將DIP開關(guān)通過上拉電阻接到單片機的P1口，并將其中的高兩位用作波特率設(shè)置、低六位用于MAC地址選擇。將138譯碼器的片選輸出Y3與單片機的寫信號相或后連到273的CLK輸入端，由此擴展一個輸出口用以驅(qū)動雙色二極管進行狀態(tài)顯示。
雙口RAM IDT7005
DeviceNet適配器通過一個具有中斷功能的雙口RAM IDT7005提供與其它應(yīng)用電路的通訊接口。IDT7005具有兩套完全獨立的數(shù)據(jù)線、地址線、讀寫控制線，允許兩個CPU對雙口RAM的的同一個單元在不同的時間進行讀寫。具有兩套完全獨立的中斷邏輯，實現(xiàn)兩個CPU間的握手控制信號。IDT7005的最高兩個字節(jié)1FFEH和1FFFH分別兼做兩個斷口的中斷邏輯單元。
硬件中雙端口RAM IDT7005右端口的地址、數(shù)據(jù)及讀寫控制線分別與單片機系統(tǒng)的相應(yīng)信號線相連，中斷信號連接單片機的外部中斷0（P3.2）。其左端口的地址、數(shù)據(jù)及讀寫、中斷控制線依據(jù)AnyBus的接口標(biāo)準(zhǔn)連接到34針接口的相應(yīng)管腳。
AnyBus接口
AnyBus作為一種通用的現(xiàn)場總線通訊節(jié)點提供了與其他應(yīng)用電路之間進行數(shù)據(jù)交換的接口標(biāo)準(zhǔn)，并對接口的引腳進行了嚴格的定義。
二、 DeviceNet總線通信協(xié)議
DeviceNet協(xié)議規(guī)范是描述DeviceNet設(shè)備之間實現(xiàn)連接和交換數(shù)據(jù)的一套協(xié)議。另外，為了實現(xiàn)不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備之間的互交換性和互操作性，ODVA維護并根據(jù)工業(yè)領(lǐng)域的需要不斷更新和修改該標(biāo)準(zhǔn)。
在DeviceNet規(guī)范卷I的第3章、第4章和第5章中定義了DeviceNet通訊協(xié)議。這些章節(jié)分別詳細介紹連接，信息協(xié)議和與通訊相關(guān)的對象。
使用DeviceNet的應(yīng)用同標(biāo)準(zhǔn)或應(yīng)用特定對象相結(jié)合產(chǎn)生所謂的設(shè)備描述。設(shè)備描述是從網(wǎng)絡(luò)的角度對設(shè)備的定義。DeviceNet規(guī)范卷II的第6章對對象庫進行了詳細的描述。DeviceNet規(guī)范卷II的第3章是設(shè)備描述庫。
DeviceNet支持選通，查詢，周期，狀態(tài)改變和應(yīng)用觸發(fā)的數(shù)據(jù)通訊方式，用戶可根據(jù)設(shè)備性能和應(yīng)用要求選擇主／從、多主和點對點或三種方式組合的配置。數(shù)據(jù)通訊方式的選擇，可以明顯加快系統(tǒng)的反應(yīng)時間。流行的DeviceNet應(yīng)用采用標(biāo)準(zhǔn)的，預(yù)定義的連接組，使設(shè)備在主／從連接組之下工作。 晶振相關(guān)文章:晶振原理 上拉電阻相關(guān)文章:上拉電阻原理
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