利用EPP并行口實(shí)壩PC機之間通信的CAN總線(xiàn)設計

論文作者：曹瓊 蔡淮 程焱 林敏 摘要： 文章簡(jiǎn)要介紹了epp并行口及can獨立控制器s3^1000。并深入 研究 pc對sjal000的讀寫(xiě)。根據讀寫(xiě)時(shí)序的產(chǎn)生，設計了兩套硬件方案。同時(shí)。結合在實(shí)踐中遇到的 問(wèn)題 ，指出了一些在can總線(xiàn)協(xié)議使用上需要注意的地方。
關(guān)鍵詞： epp并行口 can總線(xiàn) sjal000 網(wǎng)絡(luò ) 適配卡 利用epp并行口實(shí)壩pc機之間通信的can總線(xiàn)設計西南 交通 大學(xué) 計算 機與通信工程學(xué)院曹瓊 蔡淮 程焱 林敏摘要文章簡(jiǎn)要介紹了epp并行口及can獨立控制器s3^1000。并深入研究pc對sjal000的讀寫(xiě)。根據讀寫(xiě)時(shí)序的產(chǎn)生，設計了兩套硬件方案。同時(shí)。結合在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，指出了一些在can總線(xiàn)協(xié)議使用上需要注意的地方。關(guān)鍵詞l引言can(controuer area network)總線(xiàn)作為現場(chǎng)總線(xiàn)的一種，與其他總線(xiàn)相比可靠性高性?xún)r(jià)比合理。其主要特點(diǎn)有：(1)多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權的總線(xiàn)仲裁技術(shù)；(2)借助接收濾波實(shí)現多地址的幀傳送；(3)短幀結構數據，受干擾率低；(4)發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)；(5)對于嚴重錯誤具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)功能，使總線(xiàn)其他操作不受 影響 ；(6)不關(guān)閉總線(xiàn)即可任意掛接或拆除節點(diǎn)，增強了系統的靈活性和可擴展性；(7)統一的標準和規范，使各設備之間具有較好的互操作性、互換性和通用性等。正是由于can總線(xiàn)的這些優(yōu)良性能， 目前 已 應用 于船舶制造、 工業(yè) 控制、建筑保安系統中，而且正成為許多領(lǐng)域的 發(fā)展 方向。2 epp并行口　　為了實(shí)現大量數據的快速、準確傳輸，數據通信已經(jīng)成為自動(dòng)化系統的關(guān)鍵技術(shù)之一。計算機標準串、并行口是pc機的基本部件之一，利用計算機的標準串、并行口來(lái)作為pc機與can總線(xiàn)的通信接口，既方便又 經(jīng)濟 。但是由于串行通訊口的通訊效率較低，難以完成大量、實(shí)時(shí)性高的數據傳輸工作，而傳統的spp并行口只能實(shí)現數據的單向傳輸，但高級并行接口(epp)則可以進(jìn)行高速的雙向數據傳輸，是進(jìn)行大量數據傳輸的一種理想選擇。2.1 epp概述　　增強型并行口epp(enhanced parallel port)是一種與標準并行口spp(standard parallel port)兼容的高性能的并行連接口。在實(shí)際應用中，由于epp并行口具有8位雙向數據端口、狀態(tài)端口和控制端口，因此，epp可作為8位總線(xiàn)，靈活使用。epp協(xié)議又極大地改善了pc機并行口的數據傳輸能力，使得并行口的數據傳輸速率可以很容易達到l一2mbps。epp協(xié)議定義了各種單／雙向信號以滿(mǎn)足各自的特殊需要�！�2．2 epp寄存器介紹　　epp協(xié)議定義的信號分別對應三個(gè)不同的寄存器，在pc機中，并行口l寄存器的基地址一般為378h，該地址包含讀入和讀出兩個(gè)寄存器的雙緩沖寄存器，對應ado…ad7雙向數據／地址端口；輸入操作epp信號的定義及其描述表l　表l列出了epp信號的定義及其描述。并行口引腳號epp信號數據方向定義l／write輸出低電平寫(xiě)，高電平讀2—9ad[o…7]雙向雙向數據／地址線(xiàn)lointr輸入外設中斷llwait輸入握手信號12用戶(hù)定義輸入按不同的外設自定義13用戶(hù)定義輸入按不同的外設自定義14／datastb輸出低電平有效，表示正在進(jìn)行數據讀寫(xiě)15用戶(hù)定義輸入按不同的外設自定義16reset輸出低有效，外設復位17／addstb輸出低電平有效，表示正在進(jìn)行地址讀寫(xiě)18—25gnd信號地注：①輸出，表示由計算機發(fā)向外設；輸入，表示由外設發(fā)向計算機。②加“／”表示信號低電平有效。epp寄存器定義表2378had7ad6ad4ad4ad3ad2adlado379hwallrintr自定義自定義自定義無(wú)定義無(wú)定義無(wú)定義37ah無(wú)定義無(wú)定義read enableirq enbale／addstb／beste／data/write　　時(shí)使用輸入寄存器，輸出操作時(shí)使用輸出寄存器。單向狀態(tài)端口和單向控制端口的寄存器地址分別為379h和37ah，其定義見(jiàn)表2。這三個(gè)寄存器是與標準并行口spp兼容的，但實(shí)際上除了這三個(gè)寄存器之外，epp還定義了其它幾個(gè)寄存器�！　�epp不需要從主機送來(lái)的信號就能執行數據交換。當主機把數據寫(xiě)到數據緩沖區時(shí)，總線(xiàn)自動(dòng)產(chǎn)生數據選通信號。同樣，從端口讀人數據時(shí)也是自動(dòng)產(chǎn)生數據選通信號來(lái)表示系統正準備接收下一批數據。3 can獨立控制器sjal000sjal000是一種獨立控制器，主要用于移動(dòng)目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區域網(wǎng)絡(luò )控制(can)，是philips半導體pca82c200 can控制器(basiecan)的替代產(chǎn)品。其基本特性有：(1)引腳與pca82c200獨立can控制器兼容。(2)有擴展的接收緩沖器64字節，先進(jìn)先出(fifo)；(3)支持can2．0a和can2．0b協(xié)議；(4)通信位速率可達imbps。而且它增加了一種新的工作模式(pelican)，這種模式支持具有很多新特性的can2．0b協(xié)議。4can總線(xiàn)收發(fā)器pca82c250pca82c250是can控制器和物理總線(xiàn)間的接口。器件可以提供對總線(xiàn)差動(dòng)發(fā)送、接收的能力。采用雙線(xiàn)差分驅動(dòng)，有助于抑制汽車(chē)等惡劣電氣環(huán)境下的瞬間干擾。其主要特性有：(1)與iso／dis 11898標準全兼容；(2)高速性，最高可達imbps；(3)具有抗汽車(chē)環(huán)境下的瞬間干擾能力，保護總線(xiàn)能力；(4)降低射頻干擾的斜率控制；(5)熱保護；(6)總線(xiàn)與電源及地之間的短路保護；(7)低電流待機方式；(8)掉電自動(dòng)關(guān)閉輸出；(9)可支持多達110個(gè)節點(diǎn)相連接等。 5　適配卡設計　　can總線(xiàn)的卓越性能為 工業(yè) 控制提供了一種可靠的數據通信，為了擴展can總線(xiàn)的監控和管理功能，應設計一塊適配卡，連接pc機的并行口，該卡上具備can接口和pc接口特性，它完成的任務(wù)主要是pc機與總線(xiàn)之間的通信�！　�為此，適配卡的主要組成有：can總線(xiàn)控制器(sjal000)、can總線(xiàn)驅動(dòng)器(pca82c250)、epp并行端口。sjal000是集成的獨立can控制器，它負責完成can總線(xiàn)通信協(xié)議的物理層和數據鏈路層的功能。sjal000片含有控制寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器和收發(fā)寄存器。pc機通過(guò)讀寫(xiě)這些寄存器來(lái)實(shí)現對sjal000的控制；芯片的tx0、txl、rx0、rxl引腳用于與can總線(xiàn)的接口。pca82c250是專(zhuān)門(mén)用于can總線(xiàn)收發(fā)驅動(dòng)的9腳芯片，txd、rxd引腳分別接收和發(fā)送驅動(dòng)后的信號；canh、canl引腳接至雙絞線(xiàn)或同軸電纜等傳輸介質(zhì)。使用pca82c250可以擴大通信距離，能提高系統的抗干擾能力，保護總線(xiàn)，降低射頻干擾，實(shí)現熱防護等。sjal000的中斷輸出信號／int接到epp的intr中斷后，通過(guò)中斷方式實(shí)現pc機與can控制器的通信。由于sjal000的中斷輸出信號是低電平有效，而epp的中斷信號是高電平有效，所以在他們的連線(xiàn)之間必須加一個(gè)反向器。根據通信讀寫(xiě)時(shí)序的產(chǎn)生，設計了一種由軟件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序的電路和一種由硬件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序的電路。5．1軟件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序電路　　連線(xiàn)說(shuō)明：sjal000的ado~ad7直接與epp并行口的ado~ad7相連；ale直接與nwrite相連；／rd,／wr分別與naddstrobe和ndatastrobe相連；／int的引線(xiàn)反向后與epp的intr相連(如圖l所示)�！　〈朔N電路設計需要軟件產(chǎn)生訪(fǎng)問(wèn)外設芯片所需的讀寫(xiě)時(shí)序。在我們的 應用 程序中，對sjal000的讀寫(xiě)函數分別為readreg和setreg，用匯編語(yǔ)言實(shí)現如下(如表3所示)：5．2硬件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序　　連線(xiàn)說(shuō)明：nwait信號為外設發(fā)送給pc的握手信號，以便pc在訪(fǎng)問(wèn)慢速外設時(shí)插入等待周期。讀寫(xiě)函數表表3void setreg(im port，int value)／／通過(guò)雙向口向sjal000發(fā)送數據，port為sjal000寄存器的地址，value為要設置的值im readreg(int port)／／讀取sjal000寄存器的值，port為sjal000寄存器的地址，返回的值為該寄存器的值{_sflm}mov esx，0／／臨時(shí)寄存器清零mov dx，37ahmov al，0dshout dx，al／／write高，ale低電平，地址選通mov dx，378hmov eax，portout dx，al／／將要訪(fǎng)問(wèn)的sial000寄存器地址放上數據線(xiàn)mov dx，37ahmov a1，0d4hout dx，al／／write高。ale高，將地址信號鎖存mov a1，0d5hout dx，al／／write高，ale為低電平，地址選通mov dx，378hmdv eax，valueout dx，al／／把要寫(xiě)的數據送上數據總線(xiàn)mov dx．37a}imov a1.0ddhout山．且j／／write低，可寫(xiě)，ale低，地址選通，將數據寫(xiě)入sjal000mov ai，0d5hout(1x，al／／復位，write為低，ale低}}}int retumcode=0：asm}mo~e,sx，0mov dx，37alimov a1，0d5hout dx，al／／read為低電平，ale低，地址選通lnov dx，378hmov e．sx，portout dx，al／／將要訪(fǎng)問(wèn)的sjal000寄存器地址放上數據線(xiàn)mov(b，37ahmov a1，0d4hout dx，al／／read低，ale高，將地址鎖存mov a1.0d5hout dx．a(chǎn)l／／read低，ale低，地址選通mov dx．37ailmov a1.0d7h／／read為低，ale低，數據被送上數據線(xiàn)out cb，almov a1.0f7hout dx．a(chǎn)l／，lreadenable為1．允許數據讀入mov eax．0mov dx，378h．m al，dx，／／從效據總線(xiàn)讀人寄存器mov returneode。eax[nov dx，37ahmov a1，0f5hout dx，al／／read高，ale低mov a1，0d5hout dx，al／／恢復，關(guān)掉readenble}ieturn retumcode；}注：向控．i端口37ah的addstb，datastb，write位寫(xiě)入1時(shí)，并行口17、14和1；i腳均為低電平；相反寫(xiě)入0時(shí)，三個(gè)引腳均為高電平�！　�sjal000的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間在40ns以?xún)�，所以pc在訪(fǎng)問(wèn)sjal000時(shí)完全可以不用插入等待周期。nwait可由naddrstrobe和ndatastrobe信號經(jīng)過(guò)一個(gè)與非門(mén)后產(chǎn)生。由于sjal000的ale是下降鎖存地址信號，所以將naddrstrobe反相后與ale相連。在epp的數據讀／寫(xiě)周期時(shí)，sjal000的rd和wr控制信號應該有效，而在地址讀／寫(xiě)周期時(shí)應該無(wú)效。sjal000的reset腳與并行端口的nreset腳相連，由pc機向sjal000提供復位信號。�！　〉刂罚瘮祿�讀寫(xiě)說(shuō)明：握手信號nwait由naddrstrobe和ndatastrobe信號經(jīng)過(guò)一個(gè)與非門(mén)后再延遲一段時(shí)間產(chǎn)生，然后可利用epp并行口的數據／地址周期來(lái)產(chǎn)生sjal000芯片的讀寫(xiě)時(shí)序。sjal000芯片的讀寫(xiě)時(shí)序分為地址鎖存和數據讀寫(xiě)。地址鎖存解決的是地址的寫(xiě)入和地址鎖存信號的產(chǎn)生；數據讀寫(xiě)是數據的讀寫(xiě)以及相應的讀寫(xiě)控制信號的產(chǎn)生。所以，可以利用epp的地址寫(xiě)周期來(lái)產(chǎn)生sjal000讀寫(xiě)時(shí)序的地址鎖存部分，并用epp并行口的數據讀寫(xiě)周期來(lái)產(chǎn)生sjal000讀寫(xiě)時(shí)序的數據讀寫(xiě)部分�！　�數據寫(xiě)周期的時(shí)序如圖3所示，其步驟如下：(1)程序向epp的data端口發(fā)送一個(gè)i／o寫(xiě)周期命令；(2)插入nwrite信號，同時(shí)數據出現在并行端口數據線(xiàn)上；(3)當nwait信號變成低電平之后，插人數據選通信號；(4)端口等待來(lái)自外設的應答信號(取消nwalt信號)；(5)取消數據選通信號，epp周期結束；數據讀周期的時(shí)序如圖4所示，其讀數據的步驟如下：(1)程序中向eppdata端口發(fā)送一個(gè)i／o讀周期命令；(2)當nwait信號變成低電平之后，插入數據選通信號；(3)端口讀取數據位，取消數據選通信號；(4)端口等待來(lái)自外設的應答信號(取消nwait信號)；(5)epp周期結束；(6)isa周期結束�！　〉刂穼�(xiě)和地址讀周期除了把ndatastrobe信號替換成naddstrobe之外完全一樣。相關(guān)引腳直值表如表4所示。5．3兩種設計的比較　　實(shí)驗表明，采用軟件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序設計的硬件比較簡(jiǎn)單，便于調試，但是程序編寫(xiě)比較復雜(需編寫(xiě)程序產(chǎn)生sjal000的讀寫(xiě)時(shí)序)；用硬件產(chǎn)生讀寫(xiě)時(shí)序設計的硬件稍微復雜，硬件調試也復雜一些，但是應用程序的編寫(xiě)要簡(jiǎn)單一些(不用編寫(xiě)程序產(chǎn)生sjal000的讀寫(xiě)時(shí)序)，而且端口讀寫(xiě)的速度也快得多。6　設計中存在的幾個(gè) 問(wèn)題 (1)pca82c250第8腳與地之間的電阻rs稱(chēng)為斜率電阻，它的取值決定了系統處于高速工作方式還是斜率控制方式。把該引腳直接與地相連，系統將處于高速工作方式。在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使相關(guān)引腳的真值表表4／ndata／naddr／nwrite／wr／rdale備注0l00l0數據讀，地址鎖存olllo0數據寫(xiě)，地址鎖存l000ll地址寫(xiě)，地址選通lo1l0l地址讀，地址選通1l0ll0地址數據均無(wú)效．等待llllll地址數據均無(wú)效，等待注：①標加“／”表示低電平有效。加字母“n”表示是并行口的引腳。②因為地址和數據不能同時(shí)被選通，所以，真值表中就不列出它們同時(shí)被選通的情況。用屏蔽電纜作總線(xiàn)；而在波特率較低、總線(xiàn)較短時(shí)，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于rs的阻值。實(shí)驗數據表明，15～200k為rj較理想的取值范圍。在這種方式下，可以使用平行線(xiàn)或雙絞線(xiàn)作總線(xiàn)。(2)sjal000的txl引腳懸空，rxl引腳的電位必須維持在約o．5vce上，否則將不能形成can協(xié)議所要求的電平邏輯。如果系統傳輸距離近，環(huán)境干擾小，可以不用電流隔離，這樣可以直接把pca82c250的vrff端(約為0．5vcc)與rxl腳相連，從而簡(jiǎn)化電路。(3)必須將sjal000的中斷信號取反之后才能接到pc機并行口的中斷引腳上，這樣才能保證硬件中斷的正確觸發(fā)。7　通信控制程序　　根據系統要求和硬件設計原理，編寫(xiě)的通信控制程序應該完成以下功能：在通信控制主界面中可以加載并行口驅動(dòng)程序，初始化sjal000；發(fā)送、接收數據；監測寄存器的變化；軟件復位等附加功能。8　　結束語(yǔ)　　在此設計中，我們掌握了有關(guān)can總線(xiàn)和epp并行口的基本知識，設計了一個(gè)基于epp協(xié)議的用于pc機間通信的can總線(xiàn)適配卡。編寫(xiě)了相應的驅動(dòng)程序(有關(guān)配套軟件的具體問(wèn)題，不在此介紹)，經(jīng)實(shí)踐證明，兩種方案均可行。為了進(jìn)一步滿(mǎn)足應用的需要，在完善組網(wǎng)設計和功能管理方面，can還有很多 理論 和技術(shù)方面的問(wèn)題有待解決。其中包括標準的開(kāi)放式應用層協(xié)議的制定、更靈活的 網(wǎng)絡(luò ) 拓撲結構的提出和使用，更簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟 的單片式can芯片的研制等等。 參考 文獻 1鄔寬明．can總線(xiàn)原理和應用系統設計．北京航空航天大學(xué)出版社。19962陽(yáng)憲惠．現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其應用．清華大學(xué)出版社， 19993 sjal000 stand-alone can controller data sheet． philips公司產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。19974 pca82c250 can controller interface data sheet。 philips公司產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，20005安格斯生．《并行端口大全》 中國 電力出版社，20016饒家明．can總線(xiàn)智能節點(diǎn)的設計和實(shí)現．《工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置》．2002；57張培仁．采用epp協(xié)議的can總線(xiàn)監控節點(diǎn)的設計與實(shí)現．《 計算 機應用》第21卷。第2期論文出處(作者):曹瓊 蔡淮 程焱 林
高校新校區智能化建設常見(jiàn)問(wèn)題探討
標準化編程的IEC1131-3在DCS中應用分析

【利用EPP并行口實(shí)壩PC機之間通信的CAN總線(xiàn)設計】相關(guān)文章：

基于單片機的CAN智能總線(xiàn)節點(diǎn)的設計03-07

基于CAN總線(xiàn)的EV電控系統通信的設計與開(kāi)發(fā)03-19

基于PCI總線(xiàn)的CAN卡的設計與實(shí)現03-18

基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)液晶儀表設計03-07

利用VB實(shí)現PC機與多單片機通訊03-18

用PComm開(kāi)發(fā)PC機與單片機的通信程序03-19

帶熱插拔的CompactPCI CAN總線(xiàn)接口板設計03-30

利用EPP接口協(xié)議實(shí)現高速數據通信03-19

基于PC104總線(xiàn)的故障診斷裝置的設計03-18