基于 CAN總線的分布式測控卡主要由單片機 C8051F060,輸入/輸出電路、電源電路、人機接口和通信接口幾部分組成。測控卡的工作原理如下：C8051F060單片機是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU，是數(shù)據(jù)采集與實施控制的理想微型控制器。它集成了兩個 16位、1Msps的模擬/數(shù)字轉換器，且?guī)в?DMA控制器 ;集成有兩個 12位數(shù)字/模擬轉換器，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式；集成有控制器局域網(CAN2.0B)控制器，具有 32個消息對象，每個消息對象有自己的標識掩碼。工業(yè)現(xiàn)場設備的狀態(tài)參數(shù)通過 I/V轉換成電壓信號， C8051F060單片機采集此信號后，通過 CAN總線發(fā)送給上級網絡節(jié)點，同時上級網絡節(jié)點下傳的命令和參數(shù)經 DAC和 V/I轉換電路轉換成 0-20mA的電流信號，控制現(xiàn)場設備。人機界面提供系統(tǒng)狀態(tài)與操作人員的友好交流平臺，且備用了一路 RS-232異步串行通信總線。
本測控卡的微處理器是新華龍公司生產的單片機 C8051F060，該系列芯片是集成在一塊芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機，其內核是與 MCS-51指令集完全兼容的 CIP-51微控制器內核，可以使用標準 803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。
在設計該測控卡時，為了增加系統(tǒng)的靈活性，將測控卡設計成了兩塊 PCB插接在一起的方式。C8051F060，JTAG接口及其晶振獨立出來，設計在一塊板子上稱為核心板，系統(tǒng)的其他應用設計在另一塊板子上稱為應用板。核心板已構成了最簡單片機系統(tǒng)，可以在不需要外圍電路的基礎進行程序的下載和調試；而應用板則可根據(jù)系統(tǒng)的需要靈活設計外圍電路，這樣，對于不同系統(tǒng)的應用需要只需修改應用板就可以了。
2.2 JTAG調試接口與晶振電路
在 C8051F系列單片機片內都有一個 JTAG接口和邏輯，在上位機軟件的支持下，PC機通過 JTAG接口直接對控制系統(tǒng)進行在系統(tǒng)仿真調試。它不僅支持 FLASH ROM的讀/寫操作以及非侵入式在系統(tǒng)調試，而且還為 JTAG邏輯在系統(tǒng)測試提供了邊界掃描功能。 C8051F系列單片機上的四個引腳 TDI, TDO, TMS, TCK與調試工具串口適配器(RS232到 JTAG的接口模塊)直接相連，進行程序的下載和調試。圖 2 (a)是 JTAG調試接口。
C8051F060單片機包括一個可編程內部振蕩器和外部振蕩器驅動電路，系統(tǒng)可以由外部振蕩器電路或內部振蕩器分頻提供。系統(tǒng)復位后可編程內部振蕩器被默認為系統(tǒng)時鐘，且對應 24.5MHz的基頻。而外部振蕩器電路可以驅動外部晶體、陶瓷諧振器、電容或 RC網絡，也可以使用一個外部 CMOS時鐘提供系統(tǒng)時鐘。為了使串行通信接口的波特率精確更高，本測控卡使用了外部 11.0592MHz的晶振，并可用 l0MΩ電阻并聯(lián)到晶振的兩端，使系統(tǒng)更容易起振，如圖 3(b)所示。

2.4 電源電路
C8051F060單片機的工作電壓為+3.3V，測控系統(tǒng)中還使用了 5V器件，本文設計了如圖 3所示的電源電路。首先 220V交流電經濾波器進行共模濾波和差模濾波，為了降低電源工作時的電磁輻射，將交流電整流成高壓直流電，然后進入電源模塊 HAT15-05H12-WFCI得到輸出+5V和一個+12V的兩路直流電壓。+12V供 ADC電路和 DAC電路單元使用，另一路 5V電源供 MAX202等 5V器件使用。3.3V電源部分采用了 LDO芯片 SPX1117M3-3.3，其特點是輸出電流大，輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高。

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