基于C8051F550的CAN總線智能節(jié)點的設計

摘要：簡單介紹了CAN總線的特點與構(gòu)成。詳細介紹了主節(jié)點的工作過程和從節(jié)點硬件接口電路的搭建方法，并通過對微處理器的軟件編程，實現(xiàn)了CAN總線網(wǎng)絡的實時通信。整個節(jié)點通信系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可以滿足現(xiàn)場環(huán)境要求。
關鍵詞：CAN總線；USB—CAN適配器；C8051F550；智能節(jié)點

CAN總線最早是德國的BOSCH公司為解決汽車的監(jiān)測，控制系統(tǒng)而設計的。現(xiàn)在，已由汽車行業(yè)擴展到過程工業(yè)，機械工業(yè)，機器人和樓宇自動化等領域。總結(jié)各個領域中的應用實例，CAN通信設計的關鍵在于各個通信模塊的設計與實現(xiàn)。通信信號一般有模擬量輸入／輸出(電壓電流采集模塊)，開關量輸入＼輸出，數(shù)字量輸入＼輸出(如計數(shù)器模塊)等。本文重點就模擬量輸入模塊和開關量輸入模塊的設計，采用具有CAN接口的C8051F550單片機作為系統(tǒng)設計的從節(jié)點，用來采集模擬量和開關量，實現(xiàn)與上位機中央控制器的通信。

1 CAN總線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)
如圖1所示，本設計中通過帶有終端器(120歐電阻)的通信介質(zhì)(雙絞線)將上位機和底層模塊連接起來。實驗中，終端電阻和雙絞線阻抗的匹配確保了數(shù)據(jù)信號不會在總線的兩端反射。上位機(主節(jié)點)采用USB—CAN接口適配器(型號GYB507)，使PC機直接通過USB接口就可連入CAN總線網(wǎng)絡，成為一個標準的CAN節(jié)點。配合總線通信測試軟件CANtool的使用，可直接配置PC機的發(fā)送與接收狀態(tài)，通信速率和報文濾波功能等。同時，還可實時監(jiān)測顯示網(wǎng)絡中各從節(jié)點與PC機的數(shù)據(jù)通信，應用簡單、方便。

2 智能節(jié)點硬件設計
傳統(tǒng)的從節(jié)點設計是將CPU與CAN總線控制器和總線收發(fā)器相連后再連入總線網(wǎng)絡，這樣使CPU外圍電路復雜化，整個系統(tǒng)受外部影響較大。為了解決這一問題，很多單片機廠商都將CAN控制器集成在單片機上。本文中選用C8051F550該單片機，它是內(nèi)部集成的CAN控制器，完全按照BoshchCAN全功能的CAN模塊實現(xiàn)，符合CAN2．0B協(xié)議，工作位速率可達1Mpbs?？刂破靼幸粋€CAN內(nèi)核，消息緩沖區(qū)，報文處理狀態(tài)機和CAN控制寄存器。通信控制器有32個消息對象，可以配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)，消息對象及其標識符存儲在CAN消息緩沖區(qū)中，能實現(xiàn)CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能及物理層大部分功能。CIP-51CPU可通過特殊功能寄存器直接或間接訪問CAN控制寄存器(CANOCN)，測試寄存器(CANOTST)和狀態(tài)寄存器(CANOSTA)。所有其它寄存器只能通過CANOADR，CANODATH和CANOTAL寄存器以地址索引方式間接訪問。