基于CAN总线数控系统远程输入输出模块的设计与实现

　　1 引 言

　　CAN即控制器局域网，他的通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。他的应用不再局限于汽车行业，其中CAN在机床数控系统方面实现的功能主要包括：程序管理;机床系统参数输入输出诊断、参数的通讯;机床状态采集;机床工作模式采集;数据库管理等。

　　目前，国产数控系统的主要份额是经济型机床数控系统。经济型数控系统与机床基本输入输出接口的数量都是有限的，经常不能满足实际操作中的需求，同时在实际车间中，机床与数控系统可能距离较远，输入输出信号在远程传输过程中非常容易受到干扰而出错，而CAN总线在传输较远距离的信号时传输时间短，受干扰概率低，还具有较高的传输速度，基于这些原因本文提出了基于CAN总线的数控系统远程输入输出模块的设计思想。

　　2 模块结构设计

　　该模块的组成结构设计如下：CANIN，CANOUT是CAN总线的输入输出接口。DI，DO是模块与机床的接口，DI：机床信息输入接口;DO：来自数控系统的信息输出给机床的接口。且D1，DO接口接收的信息都是开关量信息。

　　3 模块硬件设计

　　本输入输出模块中的微处理器选用宏晶公司的单片机STC89C516RD+。在CAN总线通信接口中，CAN通信控制器选用SJA1000，CAN总线驱动器采用PCA82C250。由图2 CAN远程输入输出模块硬件原理图可以看出，电路主要由6部分组成：微控制器STC89C516RD+、独立CAN控制器、电气隔离器件6N137、CAN总线驱动器PCA82C250、输出模块和输入模块。微处理器STC89C516RD+负责向输出模块传出要输出的数据，对输入模块的输入点进行扫描输入，以及初始化SJA1000，并通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。

　　SJA1000的AD0～AD7连接到STC89C516RD+的P0口，片选信号CS*由P2.7控制，其为0时CPU片外存储器地址可选中SJA1000，进而可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的RD*WR*ALE分别与STC89C516RD+的对应引脚相连，INT*接STC89C516RD+的INT0*，使单片机可通过中断方式对SJA1000进行实时访问。P1口3个端口外接一拨码开关，用来确定自身模块的标识号即该模块的ID号，拨码开关的取值为000～111，所以该ID号的取值为0～7。

　　为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与PCA82C250的TXD和RXD相连，而是在中间加入了一级高速光耦6N137，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离，但前提是光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则就只是利用其响应速度做低通滤波器用。电源的完全隔离可采用小功率的DC-DC，或带多5 V隔离输出的开关电源模块实现。这虽然增加了接口电路的复杂性及成本，但却提高了节点的稳定性和安全性。