CN1277168C - 一种无需使用单片机的pc/104总线和can总线之间的接口 - Google Patents
一种无需使用单片机的pc/104总线和can总线之间的接口 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及PC/104总线和CAN总线之间的接口。利用Philips公司的CAN总线控制器SJA1000，使用一些常见的数字集成电路芯片，以简单的控制逻辑构造出了一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，大大降低了目前使用单片机实现接口功能的成本。
Description
技术领域
本发明涉及通讯、控制、电力系统监控，尤其涉及计算机通讯领域中的总线之间的接口。
背景技术
ISA总线是计算机中广泛应用的总线，为人们所熟知。PC/104总线是ISA总线的一种变化形式，其引脚的组成和功能与ISA总线完全相同，只是PC/104总线的结构更紧凑，且可堆叠，适应于嵌入式系统的需要。CAN总线是一种在工业控制系统中广泛应用的总线。在控制领域，PC/104总线和CAN总线之间的转换接口是很常见的。目前，对这两种总线的转换大部分使用的是智能接口，即用单片机来处理接口逻辑，双方不直接进行数据交换，而是用双口RAM来做一个中转站，使数据得到缓冲。这样的接口优点是智能化程度高，使用灵活，缺点是增加了一个单片机芯片，还要增加一个双口RAM芯片，大大提高了成本。
发明内容
PC/104总线是一种地址总线和数据总线分离的总线，而CAN总线的控制器一般都是地址总线和数据总线复用的。PC/104端通常都是本地CPU，在这样的两种总线之间进行连接，关键就是解决地址总线和数据总线如何通过适当的逻辑合并到一起，达到分时复用的目的。用单片机实现这样的逻辑是很简单的，但正如前文所述，将大幅度增加成本，而且如果没有其它用途的话，对单片机的功能是比较浪费的。因此，如果能够找到无需使用单片机的接口逻辑，是解决这一问题的好方法。
笔者选用Philips公司的CAN总线控制器SJA1000，使用一些常见的数字集成电路芯片，以简单的控制逻辑构造了一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口。
本发明提供了一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，包括用于驱动功能的驱动芯片，从PC/104的/IOW、/IOR、ALE通过用于增加驱动功能的驱动芯片分别连接到SJA1000的/WR、/RD、ALE；两片八双向总线收发器，用于实现总线间的隔离，其中一片的一侧连PC/104端的低8位地址总线，另一片的一侧连PC/104端的低8位数据总线，两个收发器的另一侧共同连到SJA1000的地址/数据复用总线的低8位；控制逻辑模块，连接PC/104端地址总线的A08到A17共10位组合成SJA1000的片选/CS，连接SJA1000的片选/CS和读控制线/RD、写控制线/WR到双向总线收发器的使能端，连接PC/104的数据总线的双向总线收发器在/RD或者/WR有效，并且/CS有效时使能，而连接PC/104的地址总线的双向总线收发器在连接PC/104的数据总线的双向总线收发器非使能时使能，保证二者分时使用SJA1000的总线而不会冲突，连接PC/104的数据总线的双向总线收发器，其方向控制为在SJA1000的读控制线/RD有效时自SJA1000至PC/104，在SJA1000的读控制线/RD无效时自PC/104至SJA1000，连接PC/104的地址总线的双向总线收发器，其方向始终是自PC/104至SJA1000；其中根据PC/104端地址总线的A08到A17共10位的组合来提供SJA1000的片选；其中所述的对双向总线收发器的使能端控制和方向控制包括两个八双向总线收发器的使能端E1、E2和方向控制端DIR1和DIR2的控制逻辑；其中所述的驱动芯片采用了74LS244，两片八双向总线收发器采用了74LS245；其中由74LS688、拨动开关和排电阻共同组成地址选择部分；其中所述的驱动芯片将SJA1000的收发端驱动后接至显示的发光二极管；其中所述的控制逻辑模块包括TTL反相器74LS04、TTL与非门74LS00和TTL三输入与非门74LS10，三者共同完成控制逻辑。
附图说明
图1示例了按照本发明的PC/104和CAN总线之间的接口结构；
图2示例了PC/104总线的读写时序示意图；
图3示例了按照本发明的SJA1000初始化流程图；
图4示例了按照本发明的SJA1000配置处理流程图；
图5示例了按照本发明的PC/104和CAN总线之间的接口的实际原理图。
具体实施方式
SJA1000是Philips公司推出的一种CAN总线控制器芯片，它从软件的硬件上都兼容于该公司此前的产品PCA82C200，并且在功能上有所扩展，最高波特率可达1M。使用时，其输出直接与CAN总线收发器82C250相连，输入则来自PC/104总线。两种总线之间的接口主要构成如图1所示。
参考图1，图1中的接口主要分为三个部分：
第一个部分是图1的下部，实现简单的驱动功能，从PC/104的IOW、/IOR、ALE通过用于增加驱动功能的驱动芯片分别连接到SJA1000的/WR、/RD、ALE；第二个部分是图1的上部，实现总线的隔离，用两片八向总线收发器即可完成这种隔离，其中一片的一侧连PC/104端的低8位地址总线，另一片的一侧连PC/104端的低8位数据总线，两个收发器的另一侧共同连到SJA1000的地址/数据复用总线的低8位；第三个部分是控制逻辑部分，连接PC/104端地址总线的A08到A17共10位组合成SJA1000的片选/CS，连接SJA1000的片选/CS和读控制线/RD、写控制线/WR到双向总线收发器的使能端，连接PC/104的数据总线的双向总线收发器在/RD或者/WR有效，并且/CS有效时使能，而连接PC/104的地址总线的双向总线收发器在连接PC/104的数据总线的双向总线收发器非使能时使能，保证二者分时使用SJA1000的总线而不会冲突，连接PC/104的数据总线的双向总线收发器，其方向控制为在SJA1000的读控制线/RD有效时自SJA1000至PC/104，在SJA1000的读控制线/RD无效时自PC/104至SJA1000，连接PC/104的地址总线的双向总线收发器，其方向始终是自PC/104至SJA1000；SJA1000的片选/CS可根据实际需要由地址高位的某种组合来提供。简单的设计可以在硬件中设定为地址高位的一种确定组合，不可更改。采用更方便使用的设计方式，可以设计为全部或部分地址地位可由用户自行选择确定的方式。
要确定对八双向总线收发器的的使能端和方向进行控制的逻辑，首先就要了解PC/104总线的时序，PC/104总线的读写时序示意图如图2所示。
从图2中可以看出，在整个读周朝和写周朝，地址总线上的地址总是存在的，而数据总线上的数据则是只存在于部分时段。当进行读操作时，数据的出现滞后于读信号的出现，但数据存在的时段基本包含在读信号的有效范围内。当进行写操作时，数据的出现领先于写信号的出现，且在整个写信号有效的时段中均有效。
根据以上时序特征，双向总线收发器的使能端和方向控制可按照以下原则实现逻辑：
连接PC/104的数据总线的双向总线收发器，其方向应该控制为：在读操作时自SJA1000至PC/104，写操作时自PC/104至SJA1000。该逻辑可以更加简化为：在读操作时自SJA1000至PC/104，在非读操作时自PC/104至SJA1000，这样一来，就可以简单的利用/RD一个控制信号来控制该总线收发器的方向了。而其使能端有效则应满足两个条件：一个是PC/104有读操作或写操作之一，另一个是SJA1000的片选应是有效的。这两个条件同时满足，就避免在PC/104对其它设备进行读写操作时误使连接数据的双向总线收发器开通。
连接PC/104的地址总线的双向总线收发器，其方向应该始终是自PC/104至SJA1000，可以用一个固定的电平控制。而其使能端应在上述连接数据总线的双向总线收发器使能端无效时有效，保证二者分时使用SJA1000的总线而不会冲突。
按照如图1所示的接口，可以用以上的简单逻辑来实现两种总线间的正常数据交换，完成各种操作，只需在PC/104端运行的软件中，对SJA1000进行初始化和配置，就可正常工作。
SJA1000初始化流程如图3所示，初始化包括对CAN控制器工作方式的选择和对中断的设置。首先进行初始化与否的判断，若已经初始化过就不必再初始化，然后判断地址是否合法，对合法地址才能继续初始化。将SJA1000设为复位态，置位同步位，置位后正常，再设置时钟分频寄存器，并判断中断号是否合法，若合法就打开CAN中断；成功进行了这一系列操作就完成了初始化。
SJA1000配置处理流程如图4所示，配置包括开放中断和对各种寄存器的设置。首先将SJA1000置为复位态，以能够进行设置；如果是中断方式，就置位中断请求和接收中断允许，如果非中断方式，就只置位中断请求；然后写如总线定时寄存器BTRO和BTR1、验收码寄存器、验收屏蔽寄存器、输出控制寄存器等。
如上所述，下面描述实现一个PC/104总线面向两个CAN总线控制器SJA1000的具体实施方案。
图1的下半部分驱动芯片选择了74LS244，图1的上部总线隔离采用两片八双向总线收发器74LS245。但本发明不限于此，如本领域技术人员所熟知的，可以采用其他的74系列的芯片进行替代。具体电路参见原理图，控制逻辑分析如下：
参见图5的原理图，说明如下：
U16为74LS688，与拨动开关SW1、排电阻PR1共同组成地址选择部分。
U1和U2为CAN总线控制芯片SJA1000，可以在软件中规定其基地址偏移，基地址由拨动开关SW1决定。其可选的控制逻辑为：
/CS1＝/(/688Y*/PCA9*PCA8)
/CS2＝/(/688Y*/-PCA9*PCA8)
ALE、/RD、/WR分别为PC104总线的PCALE、/PCIOR、/PCIOW经过U7(74LS244)驱动后的输出。
/INT1和/INT2输出经过反相，送至中断选择器件JUMPER1和PUMPER2，经跳线选择与PC/104总线的某个可用中断连接。U3、U4为两片数据总线收发器74LS245，这两个芯片的A侧分别连接PC/104总线数据线D0～D7和地址线A0～A7，B侧均连至SJA1000复用的地址数据总线AD0～AD7。
U3的使能端的方向控制端控制逻辑为：
E1＝/(/(/CS1*/CS2)*/(/RD+/WR))
DIR1＝/RD
U4的使能端和方向控制端控制逻辑为：
E2＝/E1
DIR2＝VCC
U5和U6为CAN控制器和物理总线之间的接口芯片82C250。
U7为74LS244，除了提供上述SJA1000的三个输入端之外，还将其收发端TX01、RX01和TX02、RX02驱动后接显示的发光二极管。
U9为TTL反相器74LS04，U10为TTL与非门74LS00，U11为TTL三输入与非门74LS10，三者共同完成上述控制逻辑。
如上所述，用两个八双向总线收发器及上述控制逻辑实现从地址、数据总线分离的PC/104(ISA)总线到地址、数据总线分时复用的CAN总线控制器的接口。这里所述的控制逻辑是指两个八双向总线收发器的使能端E1、E2和方向控制端DIR1和DIR2的控制逻辑。
其中E1的逻辑除了为上面所写的表达式外，还包括等同的表达式，如：
E1＝(/CS1*/CS2)+(/RD+/WR)
通过本发明，大大降低了PC/104和CAN总线之间的接口的成本。
Claims (7)
1、一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，包括：
用于驱动功能的驱动芯片，从PC/104的IOW、/IOR、ALE通过用于增加驱动功能的驱动芯片分别连接到SJA1000的/WR、/RD、ALE；
两片八双向总线收发器，用于实现总线间的的隔离，其中一片的一侧连PC/104端的低8位地址总线，另一片的一侧连PC/104端的低8位数据总线，两个收发器的另一侧共同连到SJA1000的地址/数据复用总线的低8位；
控制逻辑模块，连接PC/104端地址总线的A08到A17共10位组合成SJA1000的片选/CS，连接SJA1000的片选/CS和读控制线/RD、写控制线/WR到双向总线收发器的使能端，连接PC/104的数据总线的双向总线收发器在/RD或者/WR有效，并且/CS有效时使能，而连接PC/104的地址总线的双向总线收发器在连接PC/104的数据总线的双向总线收发器非使能时使能，保证二者分时使用SJA1000的总线而不会冲突，连接PC/104的数据总线的双向总线收发器，其方向控制为在SJA1000的读控制线/RD有效时自SJA1000至PC/104，在SJA1000的读控制线/RD无效时自PC/104至SJA1000，连接PC/104的地址总线的双向总线收发器，其方向始终是自PC/104至SJA1000。
2、根据权利要求1的一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，其特征在于：
其中根据PC/104端地址总线的A08到A17共10位的组合来提供SJA1000的片选。
3、根据权利要求1的一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，其特征在于：
其中所述的对双向总线收发器的使能端控制和方向控制包括两个八双向总线收发器的使能端E1、E2和方向控制端DIR1和DIR2的控制逻辑。
4、根据权利要求1的一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，其特征在于：
其中所述的驱动芯片采用了74LS244，两片八双向总线收发器采用了74LS245。
5、根据权利要求1-4的一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，其特征在于：
其中由74LS688、拨动开关和排电阻共同组成地址选择部分。
6、根据权利要求1-4的一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，其特征在于：
其中所述的驱动芯片将SJA1000的收发端驱动后接至显示的发光二极管。
7、根据权利要求1的一种无需使用单片机的PC/104总线和CAN总线之间的接口，其特征在于：
其中所述的控制逻辑模块包括TTL反相器74LS04、TTL与非门74LS00和TTL三输入与非门74LS10，三者共同完成控制逻辑。
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