基于ARM的CAN總線智能節(jié)點的設計

摘  要：CAN總線是一種應用廣泛的實時性現(xiàn)場總線，提出了基于具有ARM7TDMI內核的32位微控制器的CAN總線智能節(jié)點設計方案。詳細介紹了ARM控制（LPC2294）的特點、智能節(jié)點的結構以及系統(tǒng)軟件設計，同時結合現(xiàn)場實際使用給出了硬件抗干擾措施。

關鍵詞：CAN總線 ARM 嵌入式控制器

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，CAN總線是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。它最早是由德國Bosch公司推出的，CAN通信協(xié)議是一種用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網(wǎng)絡通訊控制方式，CAN總線已被廣泛應用于各個自動化控制系統(tǒng)中。例如，在汽車電子、自動控制、智能大廈、電子系統(tǒng)、安防監(jiān)控等各領域中，CAN總線具有不可比擬的優(yōu)越性。本設計給出CAN總線節(jié)點方案。它采用內置多路CAN總線控制器PLC2294作為主控制器，使得該節(jié)點體積小、功耗低、抗干擾性好，因而特別適用于汽車、工業(yè)控制以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯維護總線中。

1 硬件設計

1.1 LPC2294的特點

ARM7系列具有ARM7TDMI內核的32位嵌入式微處理器是目前應用很廣的嵌入式RISC處理器。該系列芯片體積小、功耗低、成本低，高性能與靈活性相結合，有較多的寄存器，提供了擴充的增強的固定長的16/32位雙指令集。用16位的Thumb指令可以節(jié)省高達35%的空間。另外它還實行注水線作業(yè)，提供嵌入式ICE2RT邏輯，支持片上斷點和調試點支持，具有先進的軟件開發(fā)和調試環(huán)境。

本設計選用的LPC2294是PHILIPS公司新推出的一款功能強大的超低功耗的具有ARM7TDMI內核的32位微控制器。144腳封裝、兩個32位定時器、八路10位ADC、四路CAN通道和PWM通道以及多達九個的外部中斷，內部嵌入256K字節(jié)高速Flash存儲器和16K字節(jié)靜態(tài)RAM，包含76（使用了外部存儲器）~112（單片）個GPIO口。如此豐富的片上資源完全可以滿足一般的工業(yè)控制的需要，同時還可以減少系統(tǒng)硬件設計的復雜度。另外，LPC2294支持JTAG實時仿真和跟蹤、128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，使32位代碼能夠在高達60MHz的操作頻率下運行。

LPC2294內部集成有四路CAN控制器：符合CAN規(guī)范CAN2.0B,ISO 11989-1標準：總線數(shù)據(jù)波特度均可達1Mbps；可訪問32位的寄存器和RAM；全局驗收過濾器可識別幾乎所有總線的11位和29位Rx標識符；驗收過濾器為選擇的標準標識符提供了FullCAN-style自動接收功能。

作為本設計的核心部件，LPC2294不僅擔起主控制器的作用，同時還作為CAN網(wǎng)絡的節(jié)點控制器，與網(wǎng)絡中的其它節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與交換。

1.2 CAN節(jié)點硬件電路組成

CAN節(jié)點硬件電路如圖1所示，由ARM微控制器LPC2294、CAN總線收發(fā)器TJA1050T、高速光耦6N137和電源隔離模塊B0505S等組成。

主控芯片LPC2294的晶振頻率范圍為1～30MHz。本設計選晶振頻率為20MHz，通過設置內部的VPB分頻器可以提高CPU時鐘頻率。內部256K字節(jié)的高速Flash存儲器用于代碼和數(shù)據(jù)的存儲。對于FLASH存儲器，可通過內置的串行JTAG接口進行在系統(tǒng)編程（ISP），或進行在應用編程（IAP）。為了便于調試和系統(tǒng)升級，在設計中可以預留這些接口電路。

LPC2294采用雙電源供電。CPU的供電電壓范圍為1.65～1.95V(1.8V

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