1 前言

　　多伺服系統在實際生產過程中的應用相當少-泛，如配料、傳動等生產過程，需要多臺伺服電機驅動，伺服電機的控制性能和多臺電機間協調控制的好壞直接影響著生產過程的質量。如何方便管理、控制多伺服電機系統是生產領域}r待解決的問題，因此提出了基十CAN總線技術的數字交流伺服系統。

　　現場總線技術解決了傳統總線插板I/0模塊多，干擾嚴重、系統軟件編寫復雜、系統硬件兼容性差等問題。減輕現場信號連接的繁瑣與費用，提高了信號傳輸的精度與靈活性，給安裝、調試和維護帶來方便，為現場用戶帶來巨大的經濟效益，代表著自動化領域發展的一個重要方向。

　　數字伺服系統實現位置、速度、力矩(電流)三環控制，如圖1所不。控制器參數，如位置、速度、力矩等運行參數設置與功能設置通過串行接口傳送到伺服系統。數控系統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。

　　數字伺服與數控系統之間傳輸的數據可以分為實時性數據信息和非實時性數據信息兩類。實時性數據指參與實時位置、速度、轉矩控制的指令和實際反饋信息，這類數據的傳輸速度要求較高。而非實時性數據主要是參數設置、功能設定、診斷功能、伺服狀態與報警等，對傳輸速度的要求相對較低一些。

　　RS-232(422,485)串行通訊應用廣泛，但其通訊速度較低。因此，各種土業現場總線技術引起了人們的關注，主要有CAN, SERCOS, ProfiBus, Lon-Works, InterBus等。

　　本文討論CAN總線用十數字伺服與數控系統的接口連接，介紹了系統的組成結構、土作原理和軟件、硬件設計。

2 CAN總線技術簡介

　　2.1 CAN總線的特點

　　CAN屬十現場總線(Field Bus)的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN總線中各節點都有權利向其它節點發送信息。通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，主要特點有:

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

　　(2)CAN總線上的節點可分成不同的優先級，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，當兩個節點同時向網絡上傳送信息時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳送數據;

　　(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據的功能;

　　(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總線上的節點數可達110個;

　　(7) CAN總線上每一幀的有效字節數為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，數據出錯率低，可靠性高;

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

　　目前國內市場上已有相應的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據鏈路層兩層功能，如數據打包、拆包、發送、接收、校驗、編碼、解碼等，用戶只需開發應用層和用戶層相應軟件即可。

　　2.2 DSP CAN控制器

　　TM 5320 F2407是TI公司新一代16位定點DSP芯片，用十數字電機控制和嵌入式控制器。片內CAN模塊是一個完全的CAN控制器，其結構框圖如圖2所示。CAN模塊是一個16位外設，有控制/狀態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協議，具有標準和擴展標識符日_有數據幀和遠程幀;

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

　　(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)當發送出錯或仲裁丟失數據時，CAN控制器有自動重發功能;

　　(9)總線錯誤診斷功能;

　　(10)自診斷功能。

3 數字伺服系統網絡硬件與軟件設計

　　3.1 DSP CAN接口電路設計

　　使用CAN總線技術將伺服驅動和主控系統連成現場控制網絡。主控系統上位機采用研華公司PCL-841片實現CAN總線通訊，伺服驅動系統采用TMS320 F2407片內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驅動器芯片。8X250采用阻抗為120 SZ雙絞線作通訊介質，信號采用差動接收和發送，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，可以實現三種不同的土作方式:高速、斜率控制和待機。本系統采用斜率控制，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控制器軟件設計

　　對十CAN網的實現，智能終端(即CAN節點)軟件設計主要包括兩大部分，即通信網絡的應用層協議和節點實現功能的流程和編碼。

　　3.2.1 郵箱初始化配置

　　初始化包括對管腳的配置、波特率的設定、郵箱的收發配置等。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波特率設定

　　波特率設定主要和3個寄存器有關:SCSR1(系統控制和狀態寄存器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箱的收發配置

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

　　郵箱中斷設置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，高優先級模式的CAN郵箱中斷對應INT1，高優先級CAN錯誤中斷對應INT2;而低優先級的CAN由“箱中斷和CAN錯誤中斷都對應INTS。所以在程序中也要開放對應的一級中斷。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、接收郵箱與發送郵箱設置、發送程序、接收程序，程序框圖。

　　發送程序只需要設定發送控制寄存器的相應位即可實現發送。

　　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)讀取接收的數據長度;

　　(4)讀取接收的數據值。

　　3.2.4 監控主機的軟件

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

4 結語

　　CAN總線具有功能特性好、可靠性高、抗干擾能力強日_經濟實用，是一種很有前途的現場總線。它的應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。新一代的智能數字伺服系統通過CAN總線與開放式數控系統互連，是運動控制領域發展的一個重要方向。