1 导言
PC/104总线计算机具有体积小、功耗低、作业温度宽、可靠性高级特色，被广泛地运用于分布式体系和集散操控体系中作为现场操控计算机。在这些体系中的104PC，往往需求同上位机及下面衔接的操控执行机构、传感器或测量外表通讯，而常用的通讯办法有RS-232串行口加MODEM办法、RS-485办法、以太网办法以及各种工业现场总线。
RS-232串行口加MODEM办法一般用于点对点之间较远距离的数据传输;RS-485办法一般用于操控现场对多点施行操控，现在它仍是工业操控中运用得最广泛的一种办法;以太网办法能够完结长途操控和信息同享，但它的时延不行控，在实时性和保密性要求较高的操控体系中的运用遭到必定约束;现场总线技能是当今自动化范畴技能发展的抢手之一，是运用于操控现场、在微机化测量设备之间完结双向串行多节点数字通讯的体系，也被称为开放式、数字化、多点通讯的底层操控网络。现场总线的规范许多，其间CAN总线在国内的发展速度最快，被以为是替换RS-485的最理想的办法之一。
CAN总线规范已被ISO制定为国际规范，其模型结构有三层，包含OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的运用层，通讯速率最高可达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，选用双线差分平衡传输，以两线间的电压差表明数字逻辑，分为“显性”和“隐性”两种逻辑。CAN总线选用面向内容的编址计划，能够在总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修正。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，总线读取中的抵触可经过位裁定处理。CAN协议可运用五种查看过错的办法,确保了数据传输的可靠性。使用CAN总线能够以较低的本钱、较高的实时处理才干和在恶劣的强电磁搅扰环境下可靠地作业。
综上所述，依据现在104PC在工业操控中的运用特色和需求，本规划的意图是依照PC/104规范规划通用型多功用扩展通讯模块，该通讯模块包含两个RS-232串行口、两个RS-485接口和一个CAN总线接口。
2 器材选型和整体规划计划
要依照PC/104规范在通讯模块中扩展四个串行口和一个CAN总线接口，在模块功耗和外型尺度上约束很严，因而器材需挑选高集成度IC。
异步通讯单元是串行口扩展的中心器材，它在指定波特率和数据格局下完结并行数据和串行数据之间的彼此转化并完结相应的操控。规划中选用了TI公司的高集成度异步通讯操控单元TL16C554芯片，它集成有4个ACE（异步通讯单元），共用了数据线和一些逻辑操控信号，能够经过各自的片选信号挑选每一个ACE单元。每个收发单元都有自己的中止请求、数据收发以及MODEM逻辑操控信号，能够完结异步收发器的一切功用。
RS-232C电平与TTL电平转化经过Max213完结。Max213选用的是SSOP封装，外型尺度小，功耗小，一片Max213加上几个小电容就能够完结一个规范RS-232C一切信号的电平转化。
RS-485电平与TTL电平转化经过SN65LBC184完结。SN65LBC184是德州仪器公司推出的RS-485总线驱动芯片，结构简略，功耗小，由单芯片完结半双工RS-485通讯。它选用1/2负载规划，总线上容许挂接64个单元，还具有防静电、耐高压冲击和过热维护功用，能够前进体系的可靠性。
CAN总线操控器是完结CAN总线接口扩展的中心器材。它将来自104PC上ISA总线的并行数据依照CAN总线协议转宣布往，一起也依照CAN总线协议接纳来自外部总线的数据。在规划中选用了PHILIPS公司的SJA1000独立CAN总线操控器。SJA1000是PCA82C200的晋级产品，集成了CAN总线逻辑链路层协议。它与PCA82C200在硬件和软件上彻底兼容，还具有支撑扩展CAN总线协议的PELI作业形式（支撑CAN2.0B协议）。具体来说，SJA1000首要具有以下特色：扩展的64 Byte FIFO接纳缓冲、支撑11bit标识码和29bit标识码、支撑规范和扩展格局的帧信息的传输，还具有单/双掩码滤波器、裁定丢掉中止、只听形式、本身信息接纳、最近过错存放等很多PELICAN形式扩展功用。
CAN总线电平与TTL电平的转化经过PHILIPS公司的PCA82C250完结。该芯片与ISO11898规范兼容，支撑最高达1Mbaud的高速传输，可衔接110个节点。选用限斜率操控，下降射频搅扰，具有宽规模的抗共模搅扰、抗电磁搅扰才干。
规划中所涉及到的逻辑操控、时序操控由CPLD完结。这样做的意图，首要出于以下考虑：
·假设选用与非门，译码器、锁存器等分立元件完结逻辑操控，很多的元件难以在PCB板上布局，并且使电路变得复杂，也下降了模块的可靠性和抗搅扰才干。
·CAN操控器SJA1000的对外操作接口是一种地址/数据分时复用的接口，而PC104没有地址/数据分时输出的特性。因而，有必要经过期序转化才干完结它们之间的衔接。现在，一般选用8031单片机转发数据的办法来完结：经过8031衔接CAN操控器，104PC使用IO端口读写的办法将数据直接传送给8031，或许将数据写于双口RAM中，8031在另一个口读取数据，再由它对CAN总线操控器进行操作，将数据转宣布往。这种办法无疑又要添加器材和电路的复杂性。
为此，规划了经过CPLD整合时序完结104PC与CAN操控器衔接的办法，由104PC分时送出操作地址和操作数据，并由CPLD整合相关的逻辑操控信号，满意CAN操控器的时序要求。
·选用CPLD能够依据需求界说输进输出脚，便利PCB板布局和走线。
·选用CPLD时不用忧虑规划中所选用器材的品种、数目，能够恣意界说所需各种器材，然后优化电路功能。
·选用CPLD能够经过软件对电路进行仿真，便利电路调试。
·选用CPLD能够在线修正其内部逻辑，晋级或修正BUG时可不改动外部电路。
CPLD芯片选用ALTERA公司的EPM7064SLC84-10,该芯片具有依据EEPROM的第二代MAX结构，支撑经过JTAG引脚完结在体系编程。具有64个宏单元，4个逻辑阵列块，1250个可用门单元，支撑5V/3.3V多电压IO接口，可提供68个用户IO引脚。
依据以上的计划，通讯扩展模块的结构如图1。
图1 扩展通讯模块结构
3 硬件完结
3.1地址译码电路
本扩展模块共需占用七个IO地址，其间两个IO地址供CAN操控器，四个IO地址供四串口异步通讯单元，一个IO地址供中止同享电路。有必要公正挑选IO地址，不然会引起体系不行预知的抵触。
各种PC104计算机IO地址分配情况大体相同，以盛博SysCenterMoudle/SuperDx为例，挑选了110H～140H为扩展通讯模块的IO地址，地址分配见表1，逻辑译码结构见图2。
表1 IO地址分配表
图2 IO地址逻辑译码结构
