1 引言

　　在工业控制领域,随着仪器仪表智能化的提高和工业管理自动化的深入,大量的智能设备需要通过网络相互通讯,实现智能化现场设备的功能自治性、系统结构的高度分散性以及管控一体化。现场总线顺应了现场设备智能化的发展趋势,以总线作为节点间实现数字通讯的纽带,构成数字式、双向传输、全分散、多分支结构的控制网络。本文针对现场总线中比较有代表性的总线网络与以太网之间的互联,设计了一套基于总线和以太网的嵌入式系统的核心控制部分

　　2 系统总体结构设计

　　对于远程测控系统,CAN总线网络需要通过相应的转换系统和以太网互联,并且以太网网络上的PC机可以通过以太网接口获取CAN总线上所有节点的数据,同时也能通过以太网接口向CAN网络指定节点发送相应数据和命令。由此可知,整个系统应该主要包括三部分:CAN网络子系统,CAN-TCP/IP双向接口转换主系统,上位机显示控制系统。

　　由于第二部分CAN-TCP/IP双向接口转换主系统是整个系统的核心部分,因此本文仅对此部分进行详细设计。系统整体结构图如图1所示。系统硬件主要由三部分组成,第一部分是由电平转换芯片、CAN控制器、CAN驱动芯片以及光电隔离电路组成的CAN数据收发模块;第二部分是以网络接口芯片为核心的以太网接口电路模块;第三部分是联接前两部分,实现以太网协议和CAN协议转换的嵌入式系统。

　　3 硬件系统主要模块设计

　　虽然整个系统硬件部分由三大部分组成,但是这三部分相互联系,很难分割,所以对本系统的硬件设计分为以下部分加以介绍:微控芯片选择、时钟电路、复位电路、存储器电路、10M/100M以太网接口电路和CAN接口电路。

　　1、微控芯片选择。本设计选用的处理器是LPC2290ARM芯片,是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位的ARM7内核。对代码规模有严格控制的应用,可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能的损失却很小。由于LPC2290的144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、2路CAN、PWM通道以及多达9个外部中断使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。通过配置总线,LPC2290最多可提供76个GPIO。由于内置了宽范围的串行通讯接口,它们也非常适合于通讯网关、协议转换器以及其它各种类型的应用。

　　2、时钟电路。LPC2290系列ARM7微控制器可使用外部晶振或外部时钟源,内部PLL电路可调整系统时钟,使系统运行速度更快。倘若不使用片内PLL功能,则外部晶振频率为1-30MHz,外部时钟频率为1-50MHz。若使用了片内PLL功能,则外部晶振频率为10--25MHz,外部时钟频率为10--25MHz。本设计使用了外部11.0592MHz晶振。

　　3、复位电路。由于ARM芯片的高速、低功耗和低工作电压导致其噪声容限低,对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。本设计中的复位电路使用了带IIC存储器的电源监控芯片CAT1025JI-30,提高了系统的可靠性。电路图如图2所示。

　　4、存储器电路。对于大部分微控制器来说,存储器系统不是必需的,但如果微控制器没有片内程序存储器或数据存储器,或者是这些存储器容量较小时,就必须设计存储器系统。对于ARM芯片来说,存储器的扩展是通过外部总线接口实现的。本系统扩展了2MB NOR Flash(芯片型号为SST39VF160) , 8MB PSRAM(芯片型号为MT45W4MW16)。SST39VF160是SST公司的CMOS多功能Flash器件,存储容量为2MB, 16位数据宽度,工作电压为2.7-3.6V。MT45W4MW16是一个16位的64Mb器件。