基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊的制作方法
【專利摘要】基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，還包括與單片機(jī)連接的獨立總線控制器、程序存儲器、通用陣列邏輯器件；以及與獨立總線控制器連接的接口芯片。本發(fā)明所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，可以實現(xiàn)控制現(xiàn)場的數(shù)字、模擬信號采集，現(xiàn)場數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳送以及與監(jiān)控計算機(jī)通訊等功能。
【專利說明】
基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子通信領(lǐng)域，涉及一種基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場總線的出現(xiàn)使得全數(shù)字化，全開放式，具有可互操作性，徹底分散的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fieldbus control system)得以實現(xiàn),現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已成為自動化領(lǐng)域中的一個熱點，也將成為工業(yè)過程控制的一個重要發(fā)展方向。
[0003]控制器局域網(wǎng)CAN(controller areanet work)是德國Bosch公司在現(xiàn)代汽車電子【技術(shù)領(lǐng)域】中推出的一種多主控制器局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能有效支持分布式和實時控制，最早主要應(yīng)用于汽車內(nèi)部電子監(jiān)測和控制器件數(shù)據(jù)通信。由于其高可靠性及高實時性而廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制等領(lǐng)域。其突出的特點是采用最長8個數(shù)據(jù)字節(jié)的短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，實時性高；另外CAN協(xié)議取消了傳統(tǒng)的地址編碼概念，取而代之的是基于數(shù)據(jù)塊標(biāo)識符的無損優(yōu)先級仲裁，給分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)模塊間的信息共享帶來了極大的方便。
[0004]基于集中管理、分散控制的分散控制系統(tǒng)(distributed control system)解決了集中式直接數(shù)字控制系統(tǒng)對控制器處理能力和可靠性要求過高的缺陷，但由于其具有一定的封閉性、各分散控制系統(tǒng)之間的不兼容性，集散控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決傳統(tǒng)技術(shù)中分散控制系統(tǒng)之間的不兼容性，集散控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊。
[0006]本發(fā)明所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，還包括與單片機(jī)連接的獨立總線控制器、程序存儲器、通用陣列邏輯器件；以及與獨立總線控制器連接的接口芯片。
[0007]優(yōu)選的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端還連接有差分放大器。
[0008]優(yōu)選的，還包括與單片機(jī)連接的并口擴(kuò)展芯片，以及與并口擴(kuò)展芯片連接的光耦器件。
[0009]優(yōu)選的，所述單片機(jī)為80C196KC。
[0010]優(yōu)選的，所述獨立總線控制器為SJA1000。
[0011]優(yōu)選的，所述程序存儲器為AT28C256。
[0012]優(yōu)選的，所述通用陣列邏輯器件為GAL16V8。
[0013]優(yōu)選的，所述并口擴(kuò)展芯片為82C55A。
[0014]本發(fā)明所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，可以實現(xiàn)控制現(xiàn)場的數(shù)字、模擬信號采集，現(xiàn)場數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳送以及與監(jiān)控計算機(jī)通訊等功能，由于CAN總線的應(yīng)用，大大提高了分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性和實時性，建立了一個有效的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實驗教學(xué)平臺。同時該數(shù)據(jù)采集模塊也可以方便地移植到工業(yè)上的其它控制系統(tǒng)中，與其它基于CAN總線的智能控制模塊組成CAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示出本發(fā)明一個【具體實施方式】示意圖。

【具體實施方式】
[0016]以下給出本發(fā)明一個【具體實施方式】。
[0017]本發(fā)明所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，還包括與單片機(jī)連接的獨立總線控制器、程序存儲器、通用陣列邏輯器件；以及與獨立總線控制器連接的接口芯片。
[0018]作為一種智能化現(xiàn)場儀表，如圖1所示，模塊硬件部分以80C196KC單片機(jī)作為采集模塊的核心，外圍電路主要包括CAN總線接口，程序存儲器，電源監(jiān)控及復(fù)位電路，GAL譯碼電路，D1、A/D轉(zhuǎn)換電路及模塊參數(shù)設(shè)置電路等。
[0019]80C196KC是Intel公司推出的高性能16位單片機(jī)。和MCS51系列單片機(jī)相比，MCS196系列單片機(jī)具有更快的運算速度和更豐富的片上外圍設(shè)備，提高了控制系統(tǒng)的實時性，主要體現(xiàn)在:a.可采用8/16位動態(tài)總線配置方式，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。b.CPU中的算術(shù)邏輯單元不采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，改用寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)。CPU的操作直接面向256字節(jié)的寄存器，消除了 51單片機(jī)中存在的累加器的瓶頸問題，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。c.有一套效率更高、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)?？梢詫Х枖?shù)和不帶符號數(shù)進(jìn)行操作，16 X 16位只需1.4 μ s (20MHz)，32 +16位只需2.4 μ s (20MHz)，此外還有3操作數(shù)指令，大大提高指令效率。選擇80C196KC單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集模塊的核心器件，可以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，保證系統(tǒng)的可靠性和實時性。
[0020]CAN總線接口由PHILIPS公司的獨立總線控制器SJA1000和接口芯片82C250組成。SJA1000在軟件上和引腳上都是與它的前款PCA82C200獨立控制器兼容的，并增加了許多新功能:標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且這2種幀格式都具有單/雙接收過濾器；64字節(jié)的接收FIFO ;可讀錯誤計數(shù)器和可編程的出錯警告界限以及僅聽模式和自測試模式等。硬件連接上比較簡單:SJA1000的數(shù)據(jù)地址總線是分時復(fù)用的，可以直接與80C196KC的P3 口連接，對應(yīng)控制線相連即可。需注意的是，80C196KC是Intel公司的處理器，因此SJA1000工作在Intel方式，mode引腳應(yīng)接電源正端，另外單片機(jī)的外部中斷只有正跳變有效，而SJA1000的中斷信號是低電平有效，因此需反相后才能連接單片機(jī)中斷引腳。
[0021]82C250器件提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力，其RS引腳允許選擇3種不同的工作方式:高速、斜率控制和待機(jī)。在低速和總線長度較短時，一般采用斜率控制方式，限制上升和下降斜率，降低射頻干擾，斜率可通過由RS引腳至地連接的電阻進(jìn)行控制。通信信號傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點時會發(fā)生反射，反射信號會干擾正常信號的傳輸，因而總線兩端通常應(yīng)接有終端電阻，以消除反射信號，其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗，一般取120 Ω。
[0022]數(shù)字顯示儀表的有效B⑶碼位數(shù)為5位(個、十、百位及2位小數(shù)位)，另帶一位符號位，共有21位二進(jìn)制位。80C196KC片內(nèi)不帶程序存儲器，因而用P3和P4 口作為地址數(shù)據(jù)總線，單片機(jī)剩余有效1 口資源較少，因此必須擴(kuò)展并口。并口擴(kuò)展可以采用專用擴(kuò)展芯片或通用74系列的邏輯芯片，為了簡化電路和編程，采用常見的可擴(kuò)展24路1 口的82C55A并口擴(kuò)展芯片?，F(xiàn)場的數(shù)字顯示儀表的輸出是非標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，為了實現(xiàn)模塊與前端儀表兼容和隔離，對輸入的數(shù)字信號采用了 TLP521光耦進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和信號隔離。
[0023]本發(fā)明中A/D轉(zhuǎn)換器選用AD1674，它與AD574兼容，12位分辨率，輸入電壓范圍O?±10V或O?±5V單雙極性可選，轉(zhuǎn)換時間為10 μ S，單通道最大采集速率50ΚΗΖ，片內(nèi)帶基準(zhǔn)電壓、三態(tài)緩沖器，且具有采樣保持電路，完全滿足設(shè)計的需要。
[0024]模擬電壓信號輸出電壓信號O?16mV。為適應(yīng)AD1674輸入電壓范圍，需對傳感器的微弱電壓信號放大，但同時并存許多噪聲源:傳感器內(nèi)阻、電纜電阻、放大器電路以及電路周圍的電磁干擾源。因此，電壓信號前端采用低通濾波器和差分放大器AD620等來抑制差模噪聲和共模噪聲。
本模塊電路中，單片機(jī)擴(kuò)展外圍器件較多，有程序存儲器AT28C256、CAN控制器SJA1000、并口擴(kuò)展82C55A和A/D轉(zhuǎn)換AD1674。196單片機(jī)在模塊中主要工作于8位總線寬度下，由于AD1674采用了 12位并行輸出模式，因此還需動態(tài)改變總線寬度。為了簡化電路，以及適應(yīng)196單片機(jī)較高總線速度的要求，譯碼電路放棄了傳統(tǒng)的門電路組合的方法，采用了可多次編程的通用陣列邏輯器件(generic array logic)GAL16V8。這樣可以減少元器件數(shù)量、降低線路復(fù)雜程度，同時降低故障機(jī)率及提高硬件設(shè)計的靈活性。
[0025]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接的單片機(jī)，其特征在于，還包括與單片機(jī)連接的獨立總線控制器、程序存儲器、通用陣列邏輯器件；以及與獨立總線控制器連接的接口芯片。
2.一種如權(quán)利要求1所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端還連接有差分放大器。
3.—種如權(quán)利要求1所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，還包括與單片機(jī)連接的并口擴(kuò)展芯片，以及與并口擴(kuò)展芯片連接的光耦器件。
4.一種如權(quán)利要求1所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述單片機(jī)為80C196KC。
5.一種如權(quán)利要求1所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述獨立總線控制器為SJA1000。
6.一種如權(quán)利要求1所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述程序存儲器為AT28C256。
7.—種如權(quán)利要求1所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述通用陣列邏輯器件為GAL16V8。
8.—種如權(quán)利要求3所述基于單片機(jī)的獨立總線數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于，所述并口擴(kuò)展芯片為82C55A。
【文檔編號】G05B19/418GK104423363SQ201310406407
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】羅芳 申請人:羅芳