CAN总线和单片机在BaBar探测器中的应用

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1、CAN总线和单片机在斯坦福直线加速器中心BaBar探测器中的应用摘要：BaBar合作机构是美国斯坦福直线加速器中心的一个部门，他们在一个项目中为了做数据分析，监测，控制，选择了局域控制器网络(CAN)现场总线，这样便于很多的设备协调工作。同时，在网络组建过程中他们选择了摩托罗拉的一款带有CAN总线接口的芯片MC68HC705X32微控制器作为标准智能设别的控制平台。该论文表明，在这个工程中监视控制设计方案是一个很成功的例子。该项目中每一个监视控制模块具有一个数字化的32路模拟差分信号和八位的双向输入输出口。1.简介BaBar探测器被斯坦福直线加速器中心所使用。PU

2、P-II对撞机使用了相当多的加速了的中性介子来进行粒子碰撞，中性介子由a型夸克和b型夸克组成，该碰撞试验的目的是验证CP碰撞宇称不守恒，宇称不守恒定律是指在弱相互作用中,互为镜像的物质的运动不对称.由吴健雄用钴60验证。在试验中，很重要的一点是使设备有效的工作运行很长的一段时间，以便于用来获得足够多的高速粒子。在整个探测器工程中采用类似工厂模式生产大量的高速粒子，其中最严格的因素是要有操作的可靠性，当然这得由可靠的监控模块来保证。如果能在早期的检测中发现失控有错误的地方，可以防止花更多时间去解决因为硬件出错的问题。在BaBar探测器中监控系统的核心是实验物理和工业

3、控制系统(EPICS)[3]。这套装置使用了VEM单板机来实现监控，该控制板提供了显示监控界面，并且通过TCP/IP网络协议向服务器提供数据，TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)的简写，中文译名为传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，简单地说，就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP是一个四层的分层体系结构。高层为传

4、输控制协议，它负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。低层是网际协议，它处理每个包的地址部分，使这些包正确的到达目的地。服务器能做监控，数据现实，报警操作等处理任务。BaBar探测器采用了CAN局域网络现场总线。这种现场总线是由汽车制造行业发展的，并且获得广泛的应用。通过CAN局域网络控制器可以方便廉价的实现多个设备模块。在这个工程应用中可靠性是被放在首位考虑。VME硬件设备是存在的，在探测器中采用了格林斯普林公司生产的板卡，还有CAN局域网络控制器，这里采用了电子方面的IP模块。很多的微型计算机都有CAN局域网络控制器接口存在，这也为用大量的带有这种接口的微型计算机

5、组建一个大的CAN网络提供了条件。BaBar合作机构采用了摩托罗拉的MC68HC705X32微控制器，其中一个原因是这个控制器含有嵌入式的CAN网络接口。BaBar探测器分布在六个子探测系统和一个公共基础系统中，监视控制范围超过50000个节点，工程量庞大。大量的监视控制数据有温度，辐射等级，电源提供设备，湿度，气体系统，还有前端的电子系统。2.BaBar探测器CAN现场总线制定标准A．CAN总线的描述CAN局域网络控制器为被广泛应用，现在做为一个国际标准，符合国际ISO的II893:1993标准和II519:1994标准。CAN总线采用了菊花链的一种总线结构，在

6、电子电器工程中菊花链代表一种配线方案，例如设备A和设备B用电缆相连，设备B再用电缆和设备C相连，设备C用电缆和设备D相连，在这种连接方法中不会形成网状的拓扑结构，只有相邻的设备之间才能直接通信，例如在上例中设备A是不能和设备C直接通信的，它们必须通过设备B来中转，这种方法同样不会形成环路。因为最后一个设备不会连向第一个设备。这种连线方法能够用来传输电力，数字信号和模拟信号。菊花链这种拓扑结构使得两根线传送信号信息变为可能。一根信号线作为底线标准，可用+5v的电源去驱动另外一根信号线，产生电流来获得信号。当然其它的物理设备也可以采用CAN总线结构来协调工作。BaBa

7、r机构采用了铜制的双绞线作为传送数据的信号线，双绞线（TwistedPair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以顺时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。CAN总线由两根信号线组成，其中一根信号线被称为CAN_H线，另外一根信号线被称为CAN_L线。CAN总线有多种工作方式，当CAN总线处于没有工作的状态时候，两个总线的电平都处在供电电源的中间范围，比如系统采用5V电源供电的时候，两根总线电平均在2.5V左右。CAN总线处于工作运行的模式，比如有数据传送的

8、时候，它的