制造行业的发展趋势是更快、更高效和更灵活，为此制造商们正在努力实现开放式分布控制架构。本文讨论了工业can i/o模块方案，同时介绍了i/o模块的模块化概念，并对所有组成部分作了详细描述。 工业can i/o模块包含8个模拟输入、16个数字输入、16个数字输出，以及一个兼容高速can收发器2.1 a/b的控制器和可选的rs232/rs485收发器。该方案基于飞思卡尔的16位mc9s12dp256微控制器单元。can物理收发器有两个可行的替代产品，一个是容错can接口mc33388，一个是带多输出电源的高速can mc33394。can接口与iso 11898兼容，允许最大数据传送速率为500kbps。数字输入用的是开关监视接口mc33884芯片，数字输出用低端功率开关器件mc33298实现。 本文讨论的模块可以用作高层通信协议软件开发的硬件平台。另外，该模块可以用于用户软件的实现和测试。基于这一目的，电路板需要配备重新编程和调试用的后台调试模式(bdm)接口。模块框图如图1所示。 工业can i/o模块是一个模块化系统，它从逻辑上分成基板、电源和i/o板三个基本电路板。板与板之间的数据传送由串行外设接口(spi)协议保证。基板的组成 工业can i/o模块中这一部分的主要功能是对模块实施控制，并与系统控制单元进行通信。基板配备有8个模拟通道。基板框图如图2所示。 基板从逻辑上又可以分成微控制器模块、can接口、模拟输入和rs232_485接口4个基本模块。a. 微控制器模块 16位mc9s12dp256微控制器单元(mcu)是基板的主要组成部分。 工业can i/o模块使用了内嵌于mcu的5个can外设之一(can0)。根据bosch规范的定义，该外设是一个用于实现can 2.0 a/b协议的通信控制器。can外设是mscan(摩托罗拉可伸缩can)的一种特定实现。它使用了2个外部引脚，一个输入(rxcan0)和一个输出(txcan0)通过can收发器与can总线进行通信。一个输出信号用于实现对can收发器芯片的控制。 如上所述，板与板之间的数据传送是由spi协议保证的。spi模块可以实现mcu与外设之间的全双工串行通信。工业can i/o模块使用了mcu的3个spi外设中的一个(spi0)。该spi可以被配置为主模式或从模式。spi0外设必须选择主模式，因为只有主spi才能发起到外设的传送。 工业can i/o模块使用了内嵌于mcu的两个8通道模数转换器中的一个(an0)。a/d模块执行模拟到数字的转换，该模块包含了简单模数转换所必需的模块和数字电子电路。a/d转换器的分辨率(8位或10位)是可编程选择的。在工作电压为5v时，模块可以接受5v输入而不会导致永久性损坏。 基板上有一个8位dip开关，用于配置节点地址(节点识别号)以及can速度。与主机开发系统的单线通信是通过用片上硬件实现的后台调试模式(bdm)系统完成，与目标系统的连接是通过标准的6引脚bdm连接器实现。b. can接口 每个can节点是通过收发器芯片实现与can总线的物理连接。收发器能够驱动can总线所需的大电流，并具有隔离故障can或故障站的电流保护功能。基板上的can收发器有两个可选项：一个是使用容错can接口mc33388；另一个是使用mc33394器件的高速can收发器部分。模块使用mc33394器件的高速can收发器部分，同时也是电源板的一部分。c. 模拟输入 模块提供了8个模拟通道。在每个模拟通道的输入部分都有一个衰减斜率是-40db/dec、截止频率为1khz的无源低通滤波器。输入滤波器用于滤除在采样之前引入的高频噪声和干扰。 模拟通道可以被配置为电压或电流模式。250欧姆电阻为4到20ma的电流环路提供电流检测和实用的过流保护。模拟通道的电压输入信号的范围是0到10v、0到5v、-5v到+5v、-2.5v到+2.5v，电流范围是4到20ma。输入范围由微控制器控制。d. rs232_485接口 基板提供了一个用于连接pc或类似主机的rs-232接口，以及一个用于工业应用的rs-485接口。电源板 电源板能够提供工业can i/o模块所需的所有电源。 电源板的主器件是一个带高速can收发器的多输出电源集成电路pc33394。该器件内置有开关型整流器，可提供预调节的输出，后面紧跟一个低压降输出(ldo)调节器。本应用并没有用到pc33394的全部功能。 内部开关调节器集成了实现降压或降压/升压整流器的电路。该电路板上只实现了降压调节器。回扫转换器提供对称的电压为模块的模拟通道供电。变压器输出电压经整流后由线性稳压器产生一对称的+12v、-12v输出电压。 高速can收发器的物理层将微控制器的cmos输出及差分总线相接。can驱动器具有短路保护功能，可以容许失去电池或接地条件。i/o板 i/o板提供16个数字输入和16个数字输出。i/o板通过连接器j1连接到基板。从逻辑上i/o板可以分成数字输入和数字输出两个基本模块。a. 输入模块 板上有2个开关监测接口器件mc33884，它们提供了电子开关和微控制器之间的接口。mc33884监测系统中使用