基于PC/104总线的多功能扩展通信模块的设计

在控制系统中进行现场控制的PC／104 总线计算机往往需要以多种方式、同多种节
点通信。本文介绍了按照PC/104 标准开发带有四个串行口（两个RS-232、两个RS-485）
和一个CAN 总线接口的多功能、通用型扩展通信模块的方法，设计中所有的控制逻辑都由一块CPLD 实现，CAN 控制器与104 总线之间的时序也由CPLD 调整。
PC／104 总线计算机具有体积小、功耗低、工作温度宽、可靠性高等特点，被广泛地应
用于分布式系统和集散控制系统中作为现场控制计算机。在这些系统中的104PC，往往需要同上位机及下面连接的控制执行机构、传感器或测量仪表通信，而常用的通信方式有RS-232串行口加MODEM 方式、RS-485 方式、以太网方式以及各种工业现场总线。
RS-232 串行口加MODEM 方式一般用于点对点之间较远距离的数据传输；RS-485 方式
一般用于控制现场对多点实施控制，目前它仍是工业控制中使用得最广泛的一种方式；以太网方式可以实现远程控制和信息共享，但它的时延不可控，在实时性和保密性要求较高的控制系统中的应用受到一定限制；现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点之一，是应用于控制现场、在微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线的标准很多，其中CAN 总线在国内的发展速度最快，被认为是替代RS-485 的最理想的方式之一。
CAN 总线规范已被ISO 制定为国际标准，其模型结构有三层，包括OSI 底层的物理层、
数据链路层和顶层的应用层，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最高可达
10Km/5Kbps，可挂接设备数最高可达110 个。总线的电气规范类似于RS-485，采用双线差分平衡传输，以两线间的电压差表示数字逻辑，分为“显性”和“隐性”两种逻辑。CAN 总线采用面向内容的编址方案，可以在总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。
该总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11 位标识符中,确保不同实时性要求的数据以不同优先级传送，总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。CAN 协议可使用五种检查错误的方法,保证了数据传输的可靠性。利用CAN 总线可以以较低的成本、较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠地工作。