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研华工控机通过CAN2.0B控制自己制作的PCB电路板

2023-10-27

      最近在做研华工控机控制输出IO，因为工控机的IO板卡比较贵，而且后面必须接继电器，这样会造成我们机器的电控柜比较大，电路走线非常困难，在这个原因的困扰下，我提出自己做一块IO驱动板的需求，最后在我们硬件工程师的努力下，总算完成IO驱动板的设计任务，并且他们写了板子的程序，同时他们也测试过稳定性及功能。

     因为要在工地测试我们机器，一直没有时间写CAN控制IO驱动的程序，最近在以前开发CANopen的基础上，编写CAN2.OB的通信程序。首先，我们有两个需求：（1）要能通过CAN分析仪进行控制IO输入输出。（2）能够通过研华CAN口控制IO输入输出。我们的工控机因为一开始设计程序的人用Window系统，人机界面是通过C#的Winform写的，同时跟硬件相关的制作成dll库进行调用，所以我们只能在已有的基础进行开发，通过读取研华工控机的说明书，他们的硬件支持can2.0b：

在了解到硬件支持扩展2.0b,接下来就是看看他们的数据接收和发送接口是否有，或者怎样知道发送是扩展帧还是标准帧，又查找他们的说明书，最后也发现，他们的里面有写：

 

确定了支持发送和接收API后，就是要跟PCB板进行通信，我们要看IO驱动板的协议是自己定的，所以我们贴出我们的协议（同事陈麟制定）：

1.1 报文支持

本文介绍的协议，是基于CAN2.0B（29位ID的拓展格式帧）实现的高层协议。虽然CAN2.0B协议支持数据、远程、错误和溢出帧，但此高层协议只使用数据帧。

1.2 CAN2.0B报文格式

表1-1 CAN2.0B报文格式

CAN2.0B报文使用29位（bit）帧ID(11Bit SID + 18Bit EID)，下文直接合并为29Bit ID域。DLC域指示数据段有多少个字节。本高层协议只使用了CAN2.0B的数据帧，所以该报文的其他域本文不再详细明。

1.3 高层协议报文格式

图1-1 高层协议说明

本协议的帧格式由6大部分组成：

  1. 优先权：控制该报文在CAN总线上的传输优先级，值越小，优先级越高；
  2. 功能码：指示该报文的功能；
  3. 目的地址：接收该报文的模块地址；
  4. 源地址：发送该报文的地址；
  5. 可选数据载荷：个别报文（功能码）会携带一些控制数据。

2.1 特别约定

从can通信特点来说，在can总线上的设备都有同等的通信地位。但在本协议约定的拓扑架构中，从通信地位上划分都有上位机和下位机之分，本协议只适用于具有上位机和下位机的拓扑架构模型，其模型图如下：

图2-1 设备拓扑

2.2 设备地址约定

本协议使用8位地址，最大支持256个设备。为了统一管理，对地址作以下约定：

表2-1 地址使用范围

地址区间

使用方式描述

255

广播地址

254

主机地址

0~253

从机地址

 

2.3 重启从机

表2-2 复位命令请求（主机发、从机收）

域

值

功能码

0x01

源地址

254

目的地址

0xFF(全部设备)，其他（指定的设备地址），254无效

数据域

无

 

2.4 读取输入IO电平

表2-2 读取输入IO电平命令请求（主机发、从机收）

域

值

功能码

0x02

源地址

254

目的地址

0xFF(全部设备)，其他（指定的设备地址），254无效

数据域

无

 

 

表2-3 读取输入IO电平明令回应（从机发、主机收）

域

值

功能码

0x03

源地址

从机地址

目的地址

254

数据域

2个字节，Bit0 ~ Bit15分别对应一个通道的电平，如Bit0的值为1代表通道0为高电平，值为0代表通道0为低电平。

 

2.5 设置输出IO电平

表2-4 设置输出IO电平命令（主机发、从机收）

域

值

功能码

0x04

源地址

254

目的地址

0xFF(全部设备)，其他（指定的设备地址），254无效

数据域

Byte0~Byte1为控制值，Byte2~Byte3为通道掩码，详细见下文

 

数据域又细分为两个域：

  1. 控制值，16位，每一位分别指示每一个输出IO的电平，值为1代表高电平，值为0代表低电平。
  2. 通道掩码，16位。每一位分别对应一个IO通道，该位值位1代表控制值对应位的值有效，值为0代表控制器对应位的值无效。

举例，要设置通道0和通道3为高电平：

控制值为：0x0009（00000000 00001001），除了位0和位3，其他位的值随意。

通道掩码为：0x0009（00000000 00001001）。

 

 

2.6 读取输出IO电平

表2-5 读取输出IO电平命令请求（主机发、从机收）

域

值

功能码

0x05

源地址

254

目的地址

0xFF(全部设备)，其他（指定的设备地址），254无效

数据域

无

 

 

表2-6 读取输出IO电平命令回应（从机发、主机收）

域

值

功能码

0x06

源地址

从机地址

目的地址

254

数据域

2个字节，Bit0 ~ Bit15分别对应一个通道的电平，如Bit0的值为1代表通道0为高电平，值为0代表通道0为低电平。

 

2.7 设置电机状态

表2-7 设置电机正/反转命令（主机发、从机收）

域

值

功能码

0x07

源地址

254

目的地址

0xFF(全部设备)，其他（指定的设备地址），254无效

数据域

Byte0~Byte1为控制值，Byte2为通道掩码，详细见下文

 

    1）控制值

表2-8 控制值说明（功能码0x07）

位

值

[0 : 1]

通道0控制值：0，待机，输出都为高阻；1，反转；2，正转；3，停止，输出都为低电平。

[2 : 3]

通道1控制值，同上

[4 : 5]

通道2控制值，同上

[6 : 7]

通道3控制值，同上

[8 : 9]

通道4控制值，同上

[10 : 11]

通道5控制值，同上

[12 : 13]

通道6控制值，同上

[14 : 15]

通道7控制值，同上

 

  1. 通道掩码

共8位（1Byte），每一位的值代表控制值里对应的通道控制值是否有效：1有效，0无效。

举例，控制电机0反转，电机3正转：

  1. 控制值：0x0042 (01 00 00 10), 除了[0:1]和[6:7]，其他位的值随意。
  2. 通道掩码：0x09 (0000 1001), 位0和位3为1，其余为0。

2.8 读取电机状态

表2-9 读取电机状态命令请求（主机发、从机收）

域

值

功能码

0x08

源地址

254

目的地址

0xFF(全部设备)，其他（指定的设备地址），254无效

数据域

无

 

 

表2-10 读取电机状态命令回应（从机发、主机收）

域

值

功能码

0x09

源地址

从机地址

目的地址

254

数据域

2个字节，解析请参考表2-8

 

2.9 自动上报输入IO状态

如果输入IO的电平有变动，从机会主动将以下报文发送到主机，主动上报IO的电平。

表2-11 输入IO电平变动通知报文（从机发、主机收）

域

值

功能码

0x0A

源地址

从机地址

目的地址

254

数据域

Byte0~Byte1为通道值，Byte2~Byte3为通道掩码，详细见下文

 

  1. 通道值：16位，每一位分别指示对应通道的电平值：1为高电平，0为低电平。
  2. 通道掩码：16位，每一位的值指示对应通道的电平是否发生变动：1，为发生变动， 0无变动。

最终调试结果就是我们通过上位机，可以控制我们工控机进行输入输出控制和读取数据。

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