基于LPC2131嵌入式系統(tǒng)μCOS-II實(shí)現(xiàn)CAN通訊

隨著信息技術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展，ARM技術(shù)方案架構(gòu)作為一種具備低功耗、高性能、以及小體積等特性的32位嵌入式微處理器，得到了眾多的知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)用戶，其中包括世界頂級(jí)的半導(dǎo)體和系統(tǒng)公司。目前已被廣泛的用于各類電子產(chǎn)品，汽車、消費(fèi)娛樂、影像、工業(yè)控制、海量存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安保和無(wú)線等領(lǐng)域。被業(yè)界人士認(rèn)為，基于ARM的技術(shù)方案是最具市場(chǎng)前景和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的解決方案。

現(xiàn)場(chǎng)總線CAN是為解決現(xiàn)代汽車中眾多的電控模塊之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。由于其具有多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問，采用非破壞性總線仲裁，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢驗(yàn)和優(yōu)先級(jí)判別，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，抗干擾能力較強(qiáng)，通信速率最高可達(dá)1Mbit/s等特點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用在汽車，工業(yè)，消費(fèi)類電子等領(lǐng)域，而被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

基于ARM在嵌入式系統(tǒng)方面優(yōu)勢(shì)和CAN總線的廣泛應(yīng)用，目前越來越多的ARM處理器內(nèi)部都自帶了CAN控制器，極大的方便了開發(fā)人員對(duì)CAN總線的開發(fā)。但目前仍有些產(chǎn)品中的ARM處理器沒有內(nèi)置CAN控制器，為了能夠適應(yīng)節(jié)點(diǎn)間對(duì)數(shù)據(jù)傳輸所提出的實(shí)時(shí)性，可靠性的要求，同時(shí)又不改變?cè)瓉淼挠布Y(jié)構(gòu)，通過外擴(kuò)CAN接口模塊來實(shí)現(xiàn)CAN通信成了一個(gè)較為合適的選擇。

本文基于ARM7TDMI-S處理器LPC2131，對(duì)內(nèi)部沒有集成CAN控制器的處理器，設(shè)計(jì)了較為通用的CAN接口模塊的硬件電路，并對(duì)CAN總線進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)，而且對(duì)基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCOS-II實(shí)現(xiàn)CAN通信，進(jìn)行了嵌入式軟件的設(shè)計(jì)，最終在實(shí)踐中對(duì)CAN總線通訊的可靠性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。

LPC2131

Philips LPC2131是基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器，它一方面具有ARM處理器的所有優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高性能；同時(shí)又具有較為豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。其特點(diǎn)如下：

·集成了Thumb擴(kuò)展指令集。

·32KB可在系統(tǒng)中編程（ISP）的片內(nèi)Flash和可在應(yīng)用中編程（IAP）的8KB RAM，具有向量中斷控制器。

·2個(gè)UART，2個(gè)I2C串行接口，2個(gè)SPI串行接口，2個(gè)定時(shí)器（7個(gè)捕獲/比較通道），PWM單元可提供多達(dá)6個(gè)PWM輸出，8通道10位ADC，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，看門狗定時(shí)器WDT，48個(gè)通用I/O引腳。

·CPU時(shí)鐘高達(dá)60MHz，具有片內(nèi)晶體振蕩器和片內(nèi)PLL。

LPC2131內(nèi)部沒有集成CAN控制器，而無(wú)法利用CAN總線來進(jìn)行通訊。為了使得LPC2131能夠利用CAN總線進(jìn)行通訊，可以通過外部擴(kuò)展來拓展其功能。

硬件電路設(shè)計(jì)

由于LPC2131是由3.3V供電的ARM7TDMI-S微處理器，其各個(gè)IO引腳是3.3V的TTL電平，而且可以承受5V的電壓。而獨(dú)立CAN控制器SJA1000是5V供電，其各個(gè)IO口的電平是5V的TTL電平，所以二者兼容，其IO可以直接相連。

LPC2131與CAN控制器接口

LPC2131與CAN控制器接口如圖1所示，LPC2131的P0.8~P0.15與SJA1000的AD0~AD7直接相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，P0.22，P0.25，P0.31，P0.23分別與SJA1000的ALE/AS，RD/E，WR，CS相連實(shí)現(xiàn)讀寫和片選，P0.30，P0.27分別與SJA1000的INT，RST相連實(shí)現(xiàn)中斷和復(fù)位。LPC2131訪問SJA1000時(shí)，可通過軟件模擬SJA1000中所規(guī)定的讀寫時(shí)序來進(jìn)行，SJA1000的模式引腳MODE通過VCC而置為高電平，使得SJA1000工作在Intel的模式。

圖1 LPC2131與CAN控制器接口電路

CAN收發(fā)器與CAN總線接口

CAN收發(fā)器與CAN總線的接口如圖2所示，其中SJA1000的TX0，RX0分別與CAN收發(fā)器的TXD，RXD相連，為提高CAN收發(fā)器82C250與CAN總線的接口部分的抗干擾能力，特在82C250 的CANH 和CANL 引腳串接一個(gè)共模扼流圈，以消除一定的共模干擾，而使得總線差分信號(hào)能夠順利通過。并且CANH和CANL分別通過一個(gè)磁珠與總線相連，以起到消除一定的高頻干擾。同時(shí)CANH 和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pf 的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根CAN總線接入端與地之間分別接了一個(gè)TVS，當(dāng)CAN 總線有較高的電壓時(shí)通過TVS的擊穿而接地，可起到一定的過壓保護(hù)作用。82C250 的Rs引腳上接有一個(gè)斜率電阻以降低CAN總線的向外輻射。