1 前言

　　多伺服系統(tǒng)在實際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用相當少-泛，如配料、傳動等生產(chǎn)過程，需要多臺伺服電機驅(qū)動，伺服電機的控制性能和多臺電機間協(xié)調(diào)控制的好壞直接影響著生產(chǎn)過程的質(zhì)量。如何方便管理、控制多伺服電機系統(tǒng)是生產(chǎn)領(lǐng)域}r待解決的問題，因此提出了基十CAN總線技術(shù)的數(shù)字交流伺服系統(tǒng)。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)解決了傳統(tǒng)總線插板I/0模塊多，干擾嚴重、系統(tǒng)軟件編寫復雜、系統(tǒng)硬件兼容性差等問題。減輕現(xiàn)場信號連接的繁瑣與費用，提高了信號傳輸?shù)木扰c靈活性，給安裝、調(diào)試和維護帶來方便，為現(xiàn)場用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益，代表著自動化領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)實現(xiàn)位置、速度、力矩(電流)三環(huán)控制，如圖1所不?？刂破鲄?shù)，如位置、速度、力矩等運行參數(shù)設(shè)置與功能設(shè)置通過串行接口傳送到伺服系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)上位機計算出每個插補周期的位移量，通過串行總線傳送到相應(yīng)的伺服單兒，即可完成位置控制和速度控制。位置、速度、力矩等反饋信息也可通過串行口送回主計算機，用十顯不坐標軸位置、跟隨誤差等，這是一種分布式運動控制系統(tǒng)。

　　數(shù)字伺服與數(shù)控系統(tǒng)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以分為實時性數(shù)據(jù)信息和非實時性數(shù)據(jù)信息兩類。實時性數(shù)據(jù)指參與實時位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制的指令和實際反饋信息，這類數(shù)據(jù)的傳輸速度要求較高。而非實時性數(shù)據(jù)主要是參數(shù)設(shè)置、功能設(shè)定、診斷功能、伺服狀態(tài)與報警等，對傳輸速度的要求相對較低一些。

　　RS-232(422,485)串行通訊應(yīng)用廣泛，但其通訊速度較低。因此，各種土業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)引起了人們的關(guān)注，主要有CAN, SERCOS, ProfiBus, Lon-Works, InterBus等。

　　本文討論CAN總線用十數(shù)字伺服與數(shù)控系統(tǒng)的接口連接，介紹了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、土作原理和軟件、硬件設(shè)計。

2 CAN總線技術(shù)簡介

　　2.1 CAN總線的特點

　　CAN屬十現(xiàn)場總線(Field Bus)的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線中各節(jié)點都有權(quán)利向其它節(jié)點發(fā)送信息。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，主要特點有:

　　(1)CAN總線上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主、從，通訊靈活;

　　(2)CAN總線上的節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級，以滿足不同的實時一要求:

　　(3)CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù);

　　(4)CAN總線具有點對點，一點對多點(成組)及全局少一播傳送數(shù)據(jù)的功能;

　　(5)CAN總線通訊距離最遠可達10 km，通訊速率最高可達1 Mbps(距離小于40 m) ;

　　(6) CAN總線上的節(jié)點數(shù)可達110個;

　　(7) CAN總線上每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，這樣傳輸時間短，抗干擾能力強;

　　(8) CAN總線每幀信息都有CRC校驗及其它校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率低，可靠性高;

　　(9) CAN總線節(jié)點在故障的情況下，可自動切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其它操作不受影響。

　　目前國內(nèi)市場上已有相應(yīng)的CAN總線通訊接口片，該片完成ISO/OSI參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩層功能，如數(shù)據(jù)打包、拆包、發(fā)送、接收、校驗、編碼、解碼等，用戶只需開發(fā)應(yīng)用層和用戶層相應(yīng)軟件即可。

　　2.2 DSP CAN控制器

　　TM 5320 F2407是TI公司新一代16位定點DSP芯片，用十數(shù)字電機控制和嵌入式控制器。片內(nèi)CAN模塊是一個完全的CAN控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。CAN模塊是一個16位外設(shè)，有控制/狀態(tài)寄存器的訪問和郵箱的RAM訪問兩種方式。

　　(1)全面兼容CAN 2. 0B協(xié)議，具有標準和擴展標識符日_有數(shù)據(jù)幀和遠程幀;

　　(2)對象有6個郵箱(MBOXO一5)，其長度為0~8個字節(jié)。它們是48 x 16位的RAM區(qū)，CPU或CAN可按16位讀或?qū)憽Ｃ總€郵箱為8x16位的RAM，由“箱0,1只用作接收，郵箱4,5只用作發(fā)送，而郵箱2,3可用作接收或發(fā)送;

　　(3)對郵箱0,1和2,3有局域接收屏蔽寄存器;

　　(4)可編程的位定時器;

　　(5)中斷配置可編程;

　　(6)可編程的CAN總線喚醒功能;

　　(7)自動恢復遠程請求;

　　(8)當發(fā)送出錯或仲裁丟失數(shù)據(jù)時，CAN控制器有自動重發(fā)功能;

　　(9)總線錯誤診斷功能;

　　(10)自診斷功能。

3 數(shù)字伺服系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件與軟件設(shè)計

　　3.1 DSP CAN接口電路設(shè)計

　　使用CAN總線技術(shù)將伺服驅(qū)動和主控系統(tǒng)連成現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。主控系統(tǒng)上位機采用研華公司PCL-841片實現(xiàn)CAN總線通訊，伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用TMS320 F2407片內(nèi)CAN控制器。

　　TMS320 F2407 DSP芯片的CAN總線控制器與CAN物理總線的接口采用82 C250驅(qū)動器芯片。8X250采用阻抗為120 SZ雙絞線作通訊介質(zhì)，信號采用差動接收和發(fā)送，抗干擾能力強，最高通信速率可達1 Mbps。通過對8X250引腳8(RS)的不同連接，可以實現(xiàn)三種不同的土作方式:高速、斜率控制和待機。本系統(tǒng)采用斜率控制，以降低射頻干擾。為了增加抗干擾能力，保護CAN控制器，在TMS320F2407與8X250之間加高速光電隔離器，光電隔離器采用HP公司HCPL-2630芯片，速度為lOMHz，電路如圖3所示。

　　3.2 CAN控制器軟件設(shè)計

　　對十CAN網(wǎng)的實現(xiàn)，智能終端(即CAN節(jié)點)軟件設(shè)計主要包括兩大部分，即通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議和節(jié)點實現(xiàn)功能的流程和編碼。

　　3.2.1 郵箱初始化配置

　　初始化包括對管腳的配置、波特率的設(shè)定、郵箱的收發(fā)配置等。首先，配置MCRB寄存器，將IOPC6和IOPC7引腳配置成特殊功能，即CANRX和CANTX;其次，配置MDER寄存器，即配置郵箱的使能和郵箱2一3的功能;最后，對屏蔽ID寄存器進行配置，可以屏蔽任意位的ID。這種寄存器只對接收郵箱起作用。

　　3.2.2波特率設(shè)定

　　波特率設(shè)定主要和3個寄存器有關(guān):SCSR1(系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器1) , BCR1(位配置寄存器)和BCR2(位配置寄存器2)。在配置之前，明確要實現(xiàn)的波特率和品振頻率。要注意的是在對位定時器進行配置時，CAN控制器必須處十復位模式下，即CCR=1。

　　3.2.3 由}S箱的收發(fā)配置

　　在進行數(shù)據(jù)域改變之前，首先要禁用郵箱，然后置位數(shù)據(jù)域，改變請求。再設(shè)置郵箱ID和信息控制寄存器。若是發(fā)送郵箱，則在數(shù)據(jù)域存放預發(fā)送數(shù)據(jù);若是接收郵箱，則清空接收緩存。

　　郵箱中斷設(shè)置CAN模塊令屬中斷寄存器有CAN_IFR和CAN_ IMR，使用方法與一般的中斷寄存器相同。但TMS320 LF2407 A采用了二級中斷方式，高優(yōu)先級模式的CAN郵箱中斷對應(yīng)INT1，高優(yōu)先級CAN錯誤中斷對應(yīng)INT2;而低優(yōu)先級的CAN由“箱中斷和CAN錯誤中斷都對應(yīng)INTS。所以在程序中也要開放對應(yīng)的一級中斷。接收幀ID的讀入在接收事件中，通常一個郵箱要接收多節(jié)點幀。因此，信息幀ID的讀出也很重要。不管有沒有屏蔽，接收了的信息幀的ID會被置入MSGIDnH和MS-GIDnL。但事實上，該接收郵箱的ID并沒有改變。

　　實驗程序使用郵箱2接收，郵箱3發(fā)送。通訊軟件可以采用查詢方式或中斷方式，主要包括CAN控制器的初始化程序、接收郵箱與發(fā)送郵箱設(shè)置、發(fā)送程序、接收程序，程序框圖。

　　發(fā)送程序只需要設(shè)定發(fā)送控制寄存器的相應(yīng)位即可實現(xiàn)發(fā)送。

　　接收程序要完成:

　　(1)讀取已接收的郵箱標識符格式;

　　(2)讀取接收的標識符;

　　(3)讀取接收的數(shù)據(jù)長度;

　　(4)讀取接收的數(shù)據(jù)值。

　　3.2.4 監(jiān)控主機的軟件

　　用一臺土控機作為監(jiān)控機，通過適配片與CAN連接。在監(jiān)控機上用VC 6.0編寫監(jiān)控的操作軟件，并日_把監(jiān)控機作為局域網(wǎng)上的一臺操作服務(wù)器，用戶通過它可以對各個模塊進行操作。

4 結(jié)語

　　CAN總線具有功能特性好、可靠性高、抗干擾能力強日_經(jīng)濟實用，是一種很有前途的現(xiàn)場總線。它的應(yīng)用將為分布式運動控制提供一種新的解決方案，會受到人們越來越多的重視。新一代的智能數(shù)字伺服系統(tǒng)通過CAN總線與開放式數(shù)控系統(tǒng)互連，是運動控制領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。