基于CAN總線(xiàn)的單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言
眾所周知，雖然目前8位單片機(jī)正逐漸被速度高，性能強(qiáng)的16位或32位微處理器所取代，但8位單片機(jī)仍以其低廉的價(jià)格、豐富的外圍芯片以及眾多的多功能產(chǎn)品而在低端應(yīng)用市場(chǎng)占據(jù)主流地位。數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)作為一種具有高速數(shù)字信號(hào)處理能力的新型單片機(jī)，在通信、自動(dòng)控制、航天航空、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在比較復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng)中，如微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，要求在毫秒級(jí)的短時(shí)間內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)和測(cè)量，所以對(duì)裝置硬件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力要求較高，而傳統(tǒng)的基于單 CPU微處理器的方案己經(jīng)難以勝任。因此，這里采用數(shù)字信號(hào)處理器與單片機(jī)構(gòu)成的雙CPU結(jié)構(gòu)。由數(shù)字信號(hào)處理器完成多通道A／D轉(zhuǎn)換、各種判據(jù)算法的運(yùn)算等功能，而單片機(jī)作為整個(gè)裝置的控制單元，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制、參數(shù)管理、人機(jī)接口及串并行通信接口的控制等。這種雙CPU結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮數(shù)字信號(hào)處理器與單片機(jī)各自的功能特點(diǎn)。其中，雙CPU系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信可采用雙口RAM、串行通信等方式，但這兩種方式存在只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，通信速度慢，可靠性差等缺點(diǎn)，不利于系統(tǒng)擴(kuò)展。因而研究通信速度快，可靠性高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的CAN總線(xiàn)通信系統(tǒng)具有重要意義。

1 CAN總線(xiàn)介紹
控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network，CAN)是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通信可靠性和實(shí)時(shí)性，而且簡(jiǎn)單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò)成本低，特別適用于環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。CAN總線(xiàn)可有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制。該總線(xiàn)的通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。其主要特點(diǎn)如下：
(1)CAN總線(xiàn)為多主站總線(xiàn)，各節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，且不分主從；
(2)CAN總線(xiàn)采用獨(dú)特的非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，故實(shí)時(shí)性好；
(3)CAN總線(xiàn)具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能；
(4)CAN總線(xiàn)采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，并有CRC及其他校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；
(5)CAN總線(xiàn)上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，可自動(dòng)脫離總線(xiàn)，而總線(xiàn)上的其他操作不受影響；
(6)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在總線(xiàn)上，因而走線(xiàn)少，系統(tǒng)擴(kuò)充容易，改型靈活；
(7)CAN總線(xiàn)的最大傳輸速率可達(dá)1 Mb／s，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km(速率在5 Kb／s以下)；
(8)CAN總線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路，在標(biāo)準(zhǔn)幀(11位報(bào)文標(biāo)識(shí)符)時(shí)，可達(dá)到110個(gè)，而在擴(kuò)展幀(29位報(bào)文標(biāo)識(shí)符)時(shí)，個(gè)數(shù)不受限。

2 單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器CAN通信系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器種類(lèi)較多，在研究其通信系統(tǒng)時(shí)，以廣泛使用的MCS-51單片機(jī)以及適于運(yùn)動(dòng)控制的美國(guó)德州儀器(TI)公司TMS320LF2407為例進(jìn)行研究。
2．1 單片機(jī)通信系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)
MCS-51單片機(jī)組成CAN通信系統(tǒng)需要擴(kuò)展CAN控制器，本系統(tǒng)采用的CAN控制器是SJA1000。SJA1000是PHILIPS公司生產(chǎn)的既支持CAN 2．0B，又支持CAN 2．0A的CAN控制器。與SJA1000配套使用的CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器是PCA82C250，它是PHILIPS推出的CAN控制器和物理總線(xiàn)接口芯片，可提供對(duì)總線(xiàn)的差分發(fā)送和接收。CAN模塊總線(xiàn)控制器、總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器連接基本方法如圖1所示。為增強(qiáng)CAN總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000通過(guò)高速光耦6N137后與PCA82C250相連，這樣就能很好地實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與CAN總線(xiàn)的電氣隔離。電源的隔離采用小功率電源隔離模塊。這些部分雖然增加了接口電路的復(fù)雜性，但是卻提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。