基于PIC18F458的CAN總線接口設(shè)計(jì)

1 引言
　　在ff、lonworks、profibus、can、hart等主流現(xiàn)場(chǎng)總線工業(yè)通訊技術(shù)之中，can(controller area network，又稱(chēng)控制器局域網(wǎng))總線除了具備現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放式、互操作性、數(shù)字化通訊等特點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)：（1）以多主機(jī)方式工作；（2）can上的節(jié)點(diǎn)信息分不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求；（3）采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間；（4）采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾率降低，具有極好的檢錯(cuò)效果；（5）每幀信息都有crc校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；（6）通信介質(zhì)可靈活地選擇；（7）can上的節(jié)點(diǎn)數(shù)高達(dá)110個(gè)；（8）有很高的可靠性和性能價(jià)格比等。can總線的這些特點(diǎn)使得其能同時(shí)滿足過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需求，[1]因而can總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在總線系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的4-20ma的模擬輸入信號(hào)被數(shù)字信號(hào)取代，設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)等信息通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給上位機(jī)完成遠(yuǎn)程控制及遠(yuǎn)程參數(shù)化，具有can總線接口的各種儀器、儀表設(shè)備通過(guò)can適配卡可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的can總線通訊。

2 硬件設(shè)計(jì)
　　can通信的核心芯片是can控制器，can的通信協(xié)議主要是由它完成的，它可以實(shí)現(xiàn)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。can控制器有許多芯片結(jié)構(gòu)，獨(dú)立芯片的例如philips的sja1000，西門(mén)子的82c900等，還有和微處理器做在一起的嵌入型結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目根據(jù)智能化、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等原則，can控制器采用microchip公司的pic18f458單片機(jī)內(nèi)嵌can控制器方案。pic18f458功能強(qiáng)大,1536k片內(nèi)數(shù)據(jù)ram、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、1個(gè)8位看門(mén)狗wdt定時(shí)器、8路模擬輸入的片內(nèi)adc?？撮T(mén)狗wdt定時(shí)器用來(lái)監(jiān)視程序的運(yùn)行狀態(tài)，一旦cpu由于意外原因偏離正常程序之外，wdt將強(qiáng)行把cpu復(fù)位，使其返回正常程序。pic18f458can模塊除遵循can總線的協(xié)議，同時(shí)也有自己的特點(diǎn)，主要包括：（1）支持can協(xié)議can2.0a、can2.0b；（2）支持標(biāo)準(zhǔn)幀、擴(kuò)展幀、遠(yuǎn)程幀、過(guò)載幀、錯(cuò)誤幀等；（3）2個(gè)接收緩沖器、3個(gè)發(fā)送緩沖器；（4）6個(gè)接收過(guò)濾器；（5）2個(gè)屏蔽過(guò)濾器。選用功能強(qiáng)大的pic18f458單片機(jī)，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，節(jié)省了成本。
　　can收發(fā)器即總線驅(qū)動(dòng)器是can控制器與物理總線之間的接口，可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接受功能，can總線驅(qū)動(dòng)器種類(lèi)有82c250/251、tja1040、tja1050等多種，適用于不同場(chǎng)合。philips公司的高速總線驅(qū)動(dòng)器82c50，它采用雙線差分驅(qū)動(dòng)，抗干擾強(qiáng)。can總線驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)接線如圖1所示，為實(shí)現(xiàn)總線上節(jié)點(diǎn)之間的電氣隔離 can驅(qū)動(dòng)器通過(guò)高速光藕6n137與pic18f458進(jìn)行相連。在can總線兩端的can接頭上接入120歐匹配電阻，以消除阻抗不連續(xù)時(shí)的反射現(xiàn)象，總線與地各自并聯(lián)一個(gè)30pf的小電容,以防電磁輻射和抗高頻干擾[2]。注意在實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)之間的電源也要隔離，+5v隔離后才能接vcc，否則也會(huì)有干擾。

圖1 82c250與pic18f458接線圖

3 軟件設(shè)計(jì)
　　軟件采用mplab ide7.5開(kāi)發(fā)平臺(tái)及mcc18軟件，為了有利于程序的移植和修改可將程序設(shè)計(jì)成能相對(duì)獨(dú)立的子程序。can總線的各種協(xié)議已經(jīng)被集成在pic18f458的can模塊里面,只要對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行操作就可完成can系統(tǒng)通信。pici8f458的can通信程序主要包括can初始化、接受子程序、發(fā)送子程序等。can初始化主要對(duì)can進(jìn)行配置，設(shè)置發(fā)送郵箱、接收郵箱標(biāo)識(shí)符及初始化數(shù)據(jù)，設(shè)置波特率、can工作模式，初始化接受濾波器和接受屏蔽。接受使用中斷方式，發(fā)送采用查詢(xún)方式。在can總線上的所有節(jié)點(diǎn)必須有相同的波特率,設(shè)波特率fosc=4mhz，同步時(shí)間段sync_seg=1tq，傳輸時(shí)間段prop_seg=1tq，相位緩沖時(shí)間段1phase_seg1=3tq，相位緩沖時(shí)間段2phase_seg2=3tq，標(biāo)稱(chēng)位時(shí)間=8tq，位率=0.125mhz。在can總線通訊中，can的初始化非常重要[3]。
3.1 can初始化子程序
　　void intcan()
　　{trisb=(trisb|0x08)0xfb； /* 設(shè)置rb2為輸出，rb3為輸入*/
　　cancon=0x80； /*請(qǐng)求配置*/
　　while((canstat0x80)==0) /*配置方式*/
　　{
　　；
　　} /*等待進(jìn)入配置模式*/
　　brgcon1=0x01； /*設(shè)置波特率*/
　　brgcon2=0x90；
　　brgcon3=0x42；
　　txb0con=0x03； /*設(shè)置優(yōu)先級(jí)*/
　　txb0sidl=can_biaosf_l0xe0； /*標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符*/
　　txb0sidh= can_ biaosf _h ；
　　txb0dlc=0x08； /*數(shù)據(jù)長(zhǎng)度1字節(jié)*/
　　txb0d0=0x00；
　　txb0d1=0x00；
　　rxb0sidl= can_ biaosf _l0xe0；/*標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符*/
　　rxb0sidh= can_ biaosf _h ；
　　rxb0con=0x20； / *接受有效的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符信息*/
　　rxb0dlc=0x08； /*數(shù)據(jù)長(zhǎng)度1字節(jié)*/
　　rxb0d0=0x00； /*初始數(shù)據(jù)*/
　　rxb0d1=0x00；
　　rxb0d2=0x00；
　　rxf0sidh=can_ biaosf _h；/*初始化接受濾波器和接受屏蔽*/
　　rxf0sidl=can_ biaosf _l；
　　rxm0sidh=0xff；
　　rxm0sidl=0xe0；
　　cancon=0x40； /*正常模式*/
　　while((canstat0x40)!=0) /*檢測(cè)配置完成*/
　　{
　??；
　　}
　　pir3=0x00； /*初始化can中斷*/
　　pie3=0x01；
　　ipr3=0x01；
　　}
3.2 接收中斷子程序
　　void interruphandlerhigh()
　　{
　　if(pir3bits.rxb0if==1) /*接收can中斷*/
　　 {
　　 can_flag=1； /*置接收中斷標(biāo)志*/
　　 pir3bits.rxb0if=0； /*清接收中斷標(biāo)志*/
　　rxb0conbits.rxful=0； /*接收*/
　　}
　　}
3.3 發(fā)送子程序
　　void fasong()

　　txb0d0=clz； /*clz為發(fā)送數(shù)值*/
　　txb0con=txb0con|0x08； /*發(fā)送*/
　　}
　　寫(xiě)好這三部分程序，就很容易寫(xiě)出通訊程序了。

4 結(jié)束語(yǔ)
　　本項(xiàng)目設(shè)計(jì)可用于各種電氣設(shè)備形成can接口，也可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)發(fā)，加入設(shè)備的控制算法，對(duì)設(shè)備進(jìn)行總線化智能化改造。利用pic18f458設(shè)計(jì)的can總線接口進(jìn)行了dkj直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能化改造，與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了can總線通訊，試驗(yàn)效果理想。