低基于CAN总线的非智能适配卡设计

　　控制器局域网CAN (Controller Area Network)是目前被批准为国际标准的少数现场总线之一。CAN网络可采用多主方式工作。它采用非破坏性的总线仲裁技术，其信号传输和控制采用短帧结构，因而具有较强的抗干扰能力和低耦合性；CAH网络的通讯速率范围为5 kbs／10 km～lMbs／／40m，驱动节点数可达110个。它的传输介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，选择十分灵活；每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，因而数据出错率极低，可靠性很高；当其传输的信息出错严重时，节点可自动断开与总线的联系，以使总线上其它的操作不受影响。

　　虽然目前PCI、USB等总线技术得到了快速发展，但在大量应用的测试微机及工控机中，用的最多的还是ISA (Industry Standard Architecture．工业标准体系结构)总线。ISA总线具有16位数据宽度，最高工作频率为8MHz，数据传输速率达到16MB／s，地址总线有24条，可寻址16MB的地址单元，其总线信号分为5类，分别为地址线、数据线、控制线、时钟线和电源线。

　　为了解决CAN控制器SJA1000与ISA总线各信号线的时序配合与逻辑配合问题，笔者设计了一种基于CAN总线的非智能适配卡。该适配卡已应用于笔者研制的"基于CAN总线的运动控制系统"中，运行情况良好。

　　非智能型ISA总线CAN适配卡的总体结构

　　CAN控制器SJA1000的地址数据总线是分时复用的，通过ALE信号的下降沿可锁存总线上的地址信号；ISA总线上的地址和数据总线是单独提供的，它不能直接和SJA1000的地址数据总线相连。本设计利用地址译码电路来对地址信号线进行译码，从而为CAN适配卡分配出一定的端口地址。然后再利用74HC373芯片的数据锁存功能锁存第一次I／O操作中通过ISA数据总线传送的数据信号，以便作为访问CAN控制器SJA1000中寄存器的地址信号，最后在第二次I／O操作中完成对SJA1000中相应地址寄存器的读写操作。其适配卡的总体结构如图1所示。

　　图1中，地址锁存器74HC373可看作SJA1000的地址端口，而SJA1000本身可看作SJA1000的数据端口，另外还有对SJA1000进行硬件复位的复位端口。图中的基地址译码电路以AEN作为使能信号，对A2～A9地址信号进行译码就可得到适配卡的基地址；组合AO和A1地址信号可得到各端口的偏移地址。SJA1000与ISA的通讯采用两次I／O操作的方法，第一次先往地址端口送地址，第二次再对数据端口进行访问。这里所说的地址及数据端口都是对SJAl000而言的，通过ISA总线的数据线可获得被访问的SJA1000寄存器的地址及所传送的数据。控制端口译码电路可将CPU送来的控制信号和地址信号按一定的逻辑关系进行组合，从而生成一组新的功能信号作为接口控制信号。通过SJA1000复位电路可对SAJ1000进行复位，具体操作可采用上电复位、程序复位及按键复位三种硬件复位方式。

　　适配卡硬件的设计

　　基地址译码电路设计

　　图2所示是一种具体的基地址译码电路。一般情况下，根据系统需要，地址译码电路可对ISA地址线的端口地址译码，并可用AO～A9来表示。基地址译码电路对A9～A2进行译码，则可作为卡上端口的基地址。

　　图2中，74HC688是一个8位量值比较器，当时Pi=Qi(i=0…7)，P=Q的反端输出低电平。当ISA总线的AEN为高电平时，总线工作在DMA方式；而当AEN为低电平时，CPU拥有对总线的控制权。非智能型适配卡的工作过程实际上就是CPU对I／O的操作过程，期间，AEN始终为低电平，可用于控制74HC688的选通端G反。只有在I／O操作时，才允许它选择地址。由于使用的是拨码开关，用户可预先设定适配卡的基地址。卡上各端口的偏移由A1和A0选择，并可通过软件控制，本设计中的定义地址端口偏移为00，数据端口偏移为01，复位端口偏移为11。

　　控制信号产生电路

　　该适配卡的控制信号产生电路如图3所示。该电路的主要作用是把CPU送来的控制线和地址线按照一定的逻辑关系进行组合，以生成一组新的功能信号输出。该信号可作为接口控制信号去控制SJA1000、74HC373、74HC245等芯片的工作状态。由于基地址译码电路的输出信号为P=Q的反(低电平有效)，SJA1000地址端口偏移地址为00H，数据端口偏移地址为01H

适配卡在工作过程中，各芯片的逻辑时序关系是：当74HC373输出数据有效时，74HC245输出为高阻态；当74HC373输出呈高阻态，且SJA1000的数据直接传回ISA总线时，74HC245输入输出工作正常。具体来讲，假设CAN的基地址为300H，且访问SJA1000是分两次I／O操作完成的，那么，第一次往端口300H送出的数据可在写信号的后沿被锁存在74HC373中，这个操作中，74HC245的E与74HC373的LE端有效，而74HC373的OE端为高电平，74HC373输出端为高