1 CAN總線分布式系統的結構

系統結構如圖1所示。本系統由上位監控計算機、CAN總線適配卡和控制單元三部分構成。其中上位監控計算機采用IBM-PC兼容機，主要負責對系統數據的接收與管理、控制命令的發送以及各控制單元動態參數和設備狀態實時顯示。控制單元以單片機為核心，主要負責對現場環境參數和設備狀態進行檢測，對采集來的數據進行處理，并對SJA1000進行操作和控制。CAN總線適配卡，可使PC機方便地連接到CAN總線上。它內嵌微處理器、CAN總線控制器、CAN總線收發器和雙口RAM。雙口RAM作為PC機與CAN總線適配卡的數據共享區，通過設備將其映射成PC機的物理內存，實現CAN與PC機的高速數據交換。CAN總線適配卡上帶有光電隔離，可增強系統在惡劣環境中的抗干擾能力。總線兩端各有1個電阻R（約120Ω）起總線阻抗匹配作用。

2 CAN適配卡的設計

2.1 硬件設計

CAN適配卡的硬件組成框圖如圖2所示，由ISA接口、雙口RAM、CPU、CAN通信控制器SJA1000、CAN總線接口82C250等組成。由于帶有片上CAN控制器的單片機都含較多的I/O線、定時/計數器、A/D等功能，往往較復雜，因此微處理器使用價廉的AT89C51單片機。為了進一步提高抗干擾措施，在2個CAN器件之間使用了由高速隔離器件6N137構成的隔離電路。光耦兩側應采用DC-DC隔離電源。硬件電路中使用82C250的目的是為了增大通信距離。要實現PC機和CAN控制器之間的數據傳送，必須在PC機和適配卡上的MPU之間建立起雙向的數據交換通道。通過ISA總線實現單片機系統與主機之間的數據交換有多種實現方法。本適配卡采用集成雙口RAM實現數據交換。由于CAN信號傳輸采用短幀結構（8字節數據），雙口RAM的容量要求并不大，本卡選用2K×8位的帶中斷請求信號INT和忙信號BUSY的IDT7132。具體的連接電路如圖3、圖4所示。上位PC機對雙口RAM的尋址方式采用I/O尋址方式，使用的控制線為IOW和IOR。為避免產生讀寫錯誤，使用雙口RAM的關鍵是處理好爭用現象。IDT7132提供了中斷判優和硬件判優兩種方式。當兩端口爭用同一地址單元時，由片內硬件電路，根據兩邊的地址、片選、讀寫信號到達先后順序，裁決哪個端口有使用權。如左端口優先使用，則自動將右端口的BUSYR信號拉為低電平，通知右側暫停讀寫操作。在本適配卡中，由于8031沒有READY信號，可以將此信號接至8031的P1.0上。當8031發出讀寫IDT7132命令時，根據P1.0口的值就可判斷對IDT7132讀寫是否存在沖突。當P1.0的值為0時，存在沖突，必須重發讀寫IDT7132的命令。由于ISA總線既沒有READY信號，也沒有通用的I/O引腳，因此將BUSYL信號通過三態門接至ISA數據線的最低位D0。用ISA總線的一個空閑I/O端口打開三態門，通過D0讀取BUSYL的狀態。