基于HCS12和模拟器件的工业CAN I/O模块设计

制造行业的发展趋势是更快、更高效和更灵活,为此制造商们正在努力实现开放式分布控制架构。本文讨论了工业CANI/O模块方案,同时介绍了I/O模块的模块化概念,并对所有组成部分作了详细描述。

工业CANI/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2.1A/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,一个是容错CAN接口MC33388,一个是带多输出电源的高速CANMC33394。CAN接口与ISO11898兼容,允许最大数据传送速率为500kbps。数字输入用的是开关监视接口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。模块框图如图1所示。

工业CANI/O模块是一个模块化系统,它从逻辑上分成基板、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CANI/O模块中这一部分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。基板框图如图2所示。

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个基本模块。

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CANI/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CAN2.0A/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,板与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CANI/O模块使用了MCU的3个SPI外设中的一个(SPI0)。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。