基于DSP-LF2407A和CAN总线的分布式电机控制系统设计

其系统结构主要可分为三层：第一层、PC机与CAN总线接口层----实现PC机与CAN通讯总线之间的可视化操作控制，以PC-CAN----智能型CAN总线通讯适配卡实现；第二层、CAN总线与DSP控制器LF2407接口层----实现CAN总线和LF2407-A板的CAN控制器的物理接口和通讯；第三层、LF2407的I/O口与步进电机的驱动接口----实现对LF2407-A板的电气隔离保护和步进电机的大电流驱动，完成电机的实际动作。

PC机作为该系统的上位机，有效的利用PC机计算能力强、容量大、人机界面良好的优点。PC-CAN是具有高性能价格比的智能CAN总线通讯适配卡，它使PC机方便的连接到CAN总线上，实现CAN总线与主机PC的高速数据交换。PC-CAN上自带光电隔离，保护PC机避免由于地环流的损坏，增强系统在恶劣环境中使用的可靠性。

PCA82C250: 为LF2407内嵌式CAN 控制器与CAN 总线的接口收发器。8脚，高速，可达1Mbps传输速率。它提供了对CAN总线的差动发送能力以及对CAN控制器的差动接收能力。

图5 DSP 2407－A与步进电机驱动接口

驱动电路接口实现了DSP芯片与步进电机之间的电气隔离，保护了DSP芯片的安全性，又完成了从DSP输出弱电流（不足10mA）到步进电机驱动所需的大电流（+1.5A）的转换，提供电机所需驱动电流。其中，TLP521为DSP与步进电机之间的光电隔离耦合器，它起了电平隔离作用，保护了DSP芯片，又完成了信号转换。RIF530 为VMOS管，是步进电机的驱动电流开关。

CAN 总线物理层：CAN 的物理链接通信介质可采用双绞线、同轴电缆或光纤。采用非破坏性的基于优先权的总线仲裁方式。在本系统中，以双绞线作为通信介质。

软件设计

本系统的软件设计是完成基于CAN总线的分布式控制系统的关键所在。CAN总线的多机通讯由软件编程实现数据的接受和发送。在两块LF2407-A板上实现两节点通讯：一块为本地节点，接受远程节点的请求数据帧，并发送数据帧；另一块为远程节点，发送一个请求帧以请求远程节点发送数据。

主要分为：1、电机控制系统整体---实现系统初始化，并生成电机控制频率信号，以中断方式实现电机控制字的修改，延时子程序实现电机的转速控制，初始化CAN模块。2、CAN 发送一个远程帧请求-----初始化CAN请求帧，令CAN邮箱3为发送请求帧邮箱，CAN邮箱0为接收数据帧邮箱。邮箱3发送一个请求帧请求电机控制字数据，当查询到接收报文标志位为1时（RMP=1），邮箱0接收数据。3、CAN 初始化一个自动回答远程帧请求----初始化CAN自动回答远程帧请求，令CAN邮箱3为发送邮箱。当接受到一个远程请求时，发送一帧数据。以下以CAN 初始化一个自动回答远程帧请求为例给出软件程序流程图，见图6。

图6 CAN 初始化一个自动回答远程帧请求程序流程图

结束语

本文研究了基于CAN总线的分布式电机控制系统的组成和实现。将DSP的高速处理能力与CAN现场总线的高可靠性和高稳定性结合起来，对于构建新型实时快速响应分布式工业控制网络提供了一个较好的解决方案。尤其针对本款工控芯片LF2407A的内嵌模块：脉冲宽度编码PWM,比较单元CMP，捕获单元CAP，积分编码脉冲QEP单元等提供了直流交流电机的直接控制应用,免去以往在单片机控制系统中所需作的大量繁琐的算法编程,有效的加快工控系统的开发应用.