一种基于32位微控制器的控制局域网转接模块制造技术

一种基于３２位微控制器的控制局域网转接模块涉及电厂ＥＣＳ（电气控制系统）或变电站综合自动化系统中的ＣＡＮ（控制局域网）转接模块，特别是用于通信管理机中基于３２位微控制器的控制局域网转接模块。该模块中３２位微控制器最小系统控制电路（１）的串行通信接口分别与串行通信控制电路（３）中的串行通信接口相接，３２位微控制器最小系统控制电路（１）的以太网通信口与以太网通信控制电路（２）相接，３２位微控制器最小系统控制电路（１）通过地址、数据、控制总线与复杂可编程逻辑器件ＣＰＬＤ控制电路（４）相接，复杂可编程逻辑器件ＣＰＬＤ控制电路通过地址、数据、控制总线与ＣＡＮ控制及接口电路（５）相接，ＣＡＮ控制及接口电路的出口接外部的ＣＡＮ通讯网络。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电厂ECS(电气控制系统)或变电站综合自动化系统中的CAN(控制局域网)转接模块，特别是用于通信管理机中基于32位微控制器的控制局域网转接模块。
技术介绍
当前，在电厂ECS系统或变电站综合自动化系统中，CAN网络已经得到了广泛的应用，因而CAN接口模块的使用较为普遍。市面上较为常见的CAN接口模块可以分为两大类：一类是非智能模块，即模块本身没有微控制器(MCU)，通过必要的连接方式与其它MCU相连，从而实现其控制；另一类是智能接口模块，即接口模块本身带有MCU，具有数据处理能力，还能实现其他功能，也可以通过其它方式与主控MCU实现通信，不占用主控MCU资源。在通信管理机的应用中，要求用到多个串行通信端口和以太网通信端口。很多种类的扩展通信模块本身没有CPU(中央控制器)控制，属于非智能模块通信模块，通信管理机中的主CPU必须通过总线的访问来控制这些扩展模块，但是当系统要求更多的串行通信及以太网通信端口时，就加大了对通信管理机主控CPU资源的需求，例如常见的通过PC104的ISA(工业标准结构)总线进行扩展的方式，受ISA总线固有的中断等资源的限制，这种ISA总线扩展式的应用程度已接近饱和。相比之下，智能型控制局域网CAN转接模块多用于要求多通信端口的应用场合，然而常见的此类模块的技术方案大部分是采用8位或16位单片机加之扩展CAN专用控制芯片。此类微控制器多数本身具有地址数据分时复用功能，容易实现与CAN控制芯片的接口，但由于这些MCU的工作频率较低，所以使系统的通讯效率受到了限制；而对于个别采用32位微控制器的接口模块，由于其地址和数据为并行总线，加之受CAN控制芯片限制，多数采用总线多次读写控制，即采用多条指令完成一次完整CAN控制芯片读写的控制方式，影响了对CAN控制芯片的读写效率，-->进而降低了整个系统的通讯速率。特别是对于采用32位微控制器的接口模块，微控制器的工作电压一般为3.3V，而常用的CAN控制芯片一般为5V，所以存在电平匹配的问题，常见采用增加专用电平转换芯片的方法，但增加了PCB(印制电路板)面积，同时也增加了产品的成本。
技术实现思路
技术问题：本技术的目的在于提供一种基于32位微控制器的控制局域网转接模块，使用基于ARM(高级精简指令集微处理器)内核的32位微控制器来实现数据的处理，提高整个系统的处理速度。本技术的另一目的在于通过32位微控制器来提供4路串行通信与以太网通信端口的扩展，快速的实现CAN网络数据与串行通信网络之间，以及CAN网络数据与以太网通信网络的数据交换。本技术的又一目的在于提供通过CPLD(复杂可编程逻辑器件)完成CAN接口电平转换控制、信号转换桥控制及时序控制等功能，使32位微控制器的单一指令即可完成对CAN控制芯片的一次完整的读或写操作，提高了CAN接口的读写效率，继而提高通信管理机内部CAN网络的通信速率。技术方案：本技术的上述目的是这样实现的：基于32位微控制器的控制局域网转接模块包括32位微控制器最小系统控制电路、以太网通信控制电路、串行通信控制电路、复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路、CAN控制及接口电路；其中，32位微控制器最小系统控制电路的串行通信接口分别与串行通信控制电路中的串行通信接口相接，32位微控制器最小系统控制电路的以太网通信口与以太网通信控制电路相接，32位微控制器最小系统控制电路通过地址、数据、控制总线与复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路相接，复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路通过地址、数据、控制总线与CAN控制及接口电路相接，CAN控制及接口电路的出口接外部的CAN通讯网络。32位微控制器最小系统控制电路主要由基于ARM内核的32位微控制器、FLASH存储器、SDRAM存储器、复位控制电路、电源供给电路及其相应配套的电阻电容器件组成；基于ARM内核的32位微控制器的数据总线与FLASH存储器的数据线互连，基于ARM内核的32位微控制器的地址和控制信号的输出端与FLASH存储器的地址和控制信号输入端相连；基于ARM内核的32位微控制器的数据总线与-->SDRAM存储器的数据互连，基于ARM内核的32位微控制器的地址和控制信号的输出端与SDRAM存储器的地址和控制信号输入端相连；复位控制电路的输出端接至基于ARM内核的32位微控制器的复位输入端，复位电路的触发端与按键及复杂可编程逻辑器件相连，实现手动复位及系统上电自动复位。以太网通信控制电路主要由以太网PHY控制芯片、有源晶体振荡器及带有隔离变压器的网络接口端子组成；以太网PHY芯片的输入端与32位微控制器的介质访问控制MAC接口引脚相连，其输出端与带有隔离变压器的网络接口端子相连，有源晶体振荡器的输出端与以太网PHY芯片的时钟输入引脚相连。串行通信控制电路主要由高速光电隔离芯片、DC/DC隔离电源、RS-232接口控制芯片、RS-485控制芯片、通信方式选择跳线及相应配套的电阻电容器件组成；高速光电隔离芯片的输入端与32位微控制器的串行通信接口引脚相连，高速光电隔离芯片输出端的接收数据信号与接收信号方式选择跳线中间引脚相连，通信方式选择跳线的一端与RS-232接口控制芯片的串行数据引脚相连，另一端与RS-485的串行数据引脚相连，同一时刻通信方式选择跳线只能跳接选择RS-232与RS-485通信方式之一，RS-232与RS-485输出至转换模块的串行通信输出端子。复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路主要由复杂可编程逻辑器件、JTAG接口电路组成；32位微控制器的地址、数据和控制信号输出与复杂可编程逻辑器件输入相连，复杂可编程逻辑器件的地址、数据和控制信号输出与CAN控制及接口电路中的CAN控制芯片相连，复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路的JTAG测试信号与复杂可编程逻辑器件的JTAG调试引脚连接，复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路实现32位微控制器和CAN控制芯片之间的信号桥梁关系，通过对可编程逻辑器件的编程完成CAN接口电平转换控制、信号转换桥控制及时序控制功能，使32位微控制器的单一指令即可完成对CAN控制芯片的一次完整的读或写操作。CAN控制及接口电路主要由CAN控制芯片和CAN接口芯片组成；CAN控制芯片的输入端与可编程逻辑器件的输出端连接，CAN控制芯片的输出端与CAN接口芯片的输入端连接，CAN接口芯的输出端到印制板端子，连接至CAN通信网络。本技术的工作原理是：本控制局域网转接模块配置于在通信管理单元装置内，在VxWorks嵌入式实时操作系统的管理调度下，当通信管理机主控模件将处理的数据发送到CAN总线，本控制局域网转接模块接收到此数据后，通过CPLD进行电平转换、控制信号转换和时序配合控制，然后通知ARM32位微控制器处理，-->ARM32位微控制器对数据进行处理后，通过串行通信接口、以太网通信接口等发送通信数据到需要控制的某一设备；反之，当串行通信接口、以太网通信接口接收到数据后经由ARM32位微控制器处理，再通过CPLD进行控制，然后通过CAN控制芯片处理发送到CAN网络上，主控模件接收信息后再进行处理。有益效果：本技术的优点在于采用32位微控制器，工作频率高，数据处理能力强，提高了整个系统的性能指标，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于３２位微控制器的控制局域网转接模块，其特征在于：该模块包括３２位微控制器最小系统控制电路（１）、以太网通信控制电路（２）、串行通信控制电路（３）、复杂可编程逻辑器件ＣＰＬＤ控制电路（４）、ＣＡＮ控制及接口电路（５）；其中，３２位微控制器最小系统控制电路（１）的串行通信接口分别与串行通信控制电路（３）中的串行通信接口相接，３２位微控制器最小系统控制电路（１）的以太网通信口与以太网通信控制电路（２）相接，３２位微控制器最小系统控制电路（１）通过地址、数据、控制总线与复杂可编程逻辑器件ＣＰＬＤ控制电路（４）相接，复杂可编程逻辑器件ＣＰＬＤ控制电路（４）通过地址、数据、控制总线与ＣＡＮ控制及接口电路（５）相接，ＣＡＮ控制及接口电路（５）的出口接外部的ＣＡＮ通讯网络。

【技术特征摘要】
1.一种基于32位微控制器的控制局域网转接模块，其特征在于：该模块包括32位微控制器最小系统控制电路(1)、以太网通信控制电路(2)、串行通信控制电路(3)、复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路(4)、CAN控制及接口电路(5)；其中，32位微控制器最小系统控制电路(1)的串行通信接口分别与串行通信控制电路(3)中的串行通信接口相接，32位微控制器最小系统控制电路(1)的以太网通信口与以太网通信控制电路(2)相接，32位微控制器最小系统控制电路(1)通过地址、数据、控制总线与复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路(4)相接，复杂可编程逻辑器件CPLD控制电路(4)通过地址、数据、控制总线与CAN控制及接口电路(5)相接，CAN控制及接口电路(5)的出口接外部的CAN通讯网络。 2.根据权利要求1所述的一种基于32位微控制器的控制局域网转接模块，其特征在于：32位微控制器最小系统控制电路(1)主要由基于ARM内核的32位微控制器(U1)、FLASH存储器(U2)、SDRAM存储器(U3、U4)、复位控制电路、电源供给电路及其相应配套的电阻电容器件组成；基于ARM内核的32位微控制器(U1)的数据总线与FLASH存储器(U2)的数据线互连，基于ARM内核的32位微控制器(U1)的地址和控制信号的输出端与FLASH存储器(U2)的地址和控制信号输入端相连；基于ARM内核的32位微控制器(U1)的数据总线与SDRAM存储器(U3、U4)的数据互连，基于ARM内核的32位微控制器(U1)的地址和控制信号的输出端与SDRAM存储器(U3、U4)的地址和控制信号输入端相连；复位控制电路的输出端接至基于ARM内核的32位微控制器(U1)的复位输入端，复位电路的触发端与按键及复杂可编程逻辑器件(U9)相连，实现手动复位及系统上电自动复位。3.根据权利要求1所述的一种基于32位微控制器的控制局域网转接模块，其特征在于：以太网通信控制电路(2)主要由以太网PHY控制芯片(U8)、有源晶体振荡器(Y3)及带有隔离变压器的网络接口端子(P2)组成；以太网PHY芯片(U8)的输入端与32位微控制器(U1)的介质访问控制MAC接口引脚相连，其输出端与带有隔离变压器的网络接口端子(P2)相连，有源晶体振荡器(Y3)的输出端与以太网PHY芯片(U8)的时钟输入引脚相连。4.根据权利要求1所述的一种基于32位微控制器的控制局域...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟江，刘俊，李兵，王永生，黄健，杨晓松，
申请(专利权)人：江苏金智科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]