CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　　在現(xiàn)場總線概念的出現(xiàn)到現(xiàn)在的近20年時間里，已經(jīng)出現(xiàn)了好幾種現(xiàn)場總線技術(shù)并走向成熟。其中CAN總線已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN是一種由帶有CAN控制器組成的高性能串行數(shù)據(jù)局域通信網(wǎng)絡(luò)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。由于其具有通信速度快、可靠性高和性能價格比好等突出優(yōu)點，它正越拉越廣泛地應(yīng)用于汽車、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)業(yè)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械、家用電器及傳感器等領(lǐng)域。圖1所示是典型的CAN總線節(jié)點的系統(tǒng)框圖。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　SJA1000獨立CAN控制器是PHILIPS公司PCA82C200CAN控制器的替代產(chǎn)品，它是在完全兼容PCA82C200的基礎(chǔ)上，增加了一種新的工作模式PeliCAN，SJA1000完全支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。SJA1000的工作模式通過其內(nèi)部的時鐘分頻寄存器中的CAN模式為來選擇。SJA1000可以支持多種為處理器的時序特性，如Intel模式或Motorla模式，SJA1000與微處理器的接口非常簡單，微處理器以訪問外部存儲器的方式來訪問SJA1000。

　　TJA1050是控制器局域網(wǎng)CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，TJA1050可以為總線提供不同的發(fā)送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能。TJA1050主要有以下特征：完全符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)，最高速到達1Mb/s，輸入級3.3V以及5V器件兼容，至少可以連接110個節(jié)點。本設(shè)計的微處理器為89C51負(fù)責(zé)初始化SJA1000及通過控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)，系統(tǒng)電路圖如圖2所示。



　　CAN控制器SJA1000的數(shù)據(jù)線AD0~AD7連接到51單片機的P0口，連接到基址為0xFA00的外部存儲器片選信號，當(dāng)訪問地址0xFA00~0xFA31時，CPU可對SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。SJA1000的、、分別與51對應(yīng)的引腳相連，接51的使51可以通過中斷方式訪問SJA1000。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本設(shè)計的系統(tǒng)由4個節(jié)點組成，一個節(jié)點由上位機通過并口轉(zhuǎn)CAN總線的數(shù)據(jù)收發(fā)器構(gòu)成，另外3個節(jié)點由圖2所示的單片機CAN總線收發(fā)系統(tǒng)構(gòu)成。單片機系統(tǒng)每秒發(fā)送一幀(8個字節(jié))數(shù)據(jù)。連接上位機的CAN總線收發(fā)器有相應(yīng)的上位機測試軟件支持，本文主要介紹單片機CAN總線收發(fā)器的程序設(shè)計。圖3是下位機軟件的流程圖。

　　系統(tǒng)設(shè)計的部分代碼如下：

　　main()
　　{
 Sja_1000_Init();     //初始化SJA1000
 Init_Cpu();      //初始化CPU
 Init_T0();       //初始化定時器
 flag_init=0x00;
 while(1)
 {
  if(rcv_flag)    //rcv_flag為接受標(biāo)志位，有接收則單片機進行處理
  {
   rcv_flag=0; BCAN_DATA_RECEIVE(rcv_data);
 BCAN_CMD_PRG(0X04);
   disp_rec();
  }
if(flag_sec)    //定時中斷標(biāo)志為，定時時間到則發(fā)送數(shù)據(jù)幀
 {  flag_sec=0;  send_data[0]=0xaa;  send_data[1]=0x08;  send_data[2]=DA1;
 send_data[3]=DA2;
　　send_data[4]=DA3;
　　send_data[5]=DA4;
　　send_data[6]=DA5;
　　send_data[7]=DA6;
　　send_data[8]=DA7;
　　send_data[9]=DA8; BCAN_DATA_WRITE(send_data);  BCAN_CMD_PRG(0X01);
  }
  if(err_flag)
  {
   err_flag=0;
   disp_err();
  Sja_1000_Init();
  }
  display(a);  //循環(huán)顯示接受數(shù)據(jù)

　　SJA1000的初始化過程包括申請進入復(fù)位狀態(tài)，設(shè)置總線波特率，設(shè)置輸出方式，開放錯誤中斷、接受和發(fā)送中斷。在進行數(shù)據(jù)發(fā)送時數(shù)據(jù)包前兩個字節(jié)0Xaa、0X08為描述符，包括11位長的ID(標(biāo)志符)1位RTR4位描述數(shù)據(jù)長度的DLC共16 位。BCAN_DATA_RECEIVE(rcv_data)，為89C51對SJA1000的讀數(shù)據(jù)函數(shù)其具體函數(shù)定義：

　bit  BCAN_DATA_RECEIVE(unsigned char *RcvDataBuf)
 {
   unsigned  char  TempCount;
   SJA_BCANAdr = REG_STATUS;              //訪問地址指向狀態(tài)寄存器
   if((*SJA_BCANAdr&0x01)==0)               //判斷報文是否有效
   {
      return 1;
   }
   SJA_BCANAdr = REG_RxBuffer2;             //訪問地址指向接收緩沖區(qū)2
   if((*SJA_BCANAdr&0x10)==0)               //如果是數(shù)據(jù)幀
   {
     TempCount=(*SJA_BCANAdr& 0x0f)+2;      //計算報文中數(shù)據(jù)的個數(shù)
   }
   else
   {
    TempCount=2;
   }
   SJA_BCANAdr = REG_RxBuffer1;             //訪問地址指向接收緩沖區(qū)1
   memcpy(RcvDataBuf, SJA_BCANAdr,TempCount);//讀取接收緩沖區(qū)的報文
   return  0;
 }

　　此函數(shù)僅限于CAN控制器接受數(shù)據(jù)，返回值如果為0表示接受成功，如果為1表示接受失敗。

　　BCAN_DATA_WRITE(send_data)函數(shù)是89C51對SJA1000的寫數(shù)據(jù)函數(shù)其具體定義如下：
　　bit   BCAN_DATA_WRITE(unsigned char *SendDataBuf)
　　 {
　　   unsigned  char  TempCount;
　　   SJA_BCANAdr = REG_STATUS;            //訪問地址指向狀態(tài)寄存器
　　   if((*SJA_BCANAdr&0x08) == 0)         //判斷上次發(fā)送是否完成
　　   {
　　    return 1;
　　   } 
   if((*SJA_BCANAdr&0x04)==0)          //判斷發(fā)送緩沖區(qū)是否鎖定
　　   {
　　     return 1;
　　   }  
　　   SJA_BCANAdr = REG_TxBuffer1;        //訪問地址指向發(fā)送緩沖區(qū)1
   if((SendDataBuf[1]&0x10)==0)        //判斷RTR，從而得出是數(shù)據(jù)幀還是遠(yuǎn)程幀
   {
     TempCount =(SendData Buf[1]&0x0f)+2; //輸入數(shù)據(jù)幀
　　   }
　　   else
　　   {
　　     TempCount =2;                     //遠(yuǎn)程幀
  memcpy(SJA_BCANAdr,SendDataBuf,TempCount);
　　  return 0;
　　}

　　此函數(shù)將待發(fā)送的特定幀各式的數(shù)據(jù)，送入SJA1000發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動，函數(shù)返回0表示將數(shù)據(jù)成功的送至發(fā)送緩沖區(qū)，返回1表示上一次的數(shù)據(jù)正在發(fā)送。

　　系統(tǒng)組網(wǎng)相對容易只需把各個節(jié)點掛在同一條雙絞線上即可，啟動上位機的CAN收發(fā)器，用來監(jiān)視總線數(shù)據(jù)狀態(tài)。每當(dāng)啟動一個下位機CAN收發(fā)器，上位機的測試軟件就可以每隔一秒鐘收到由同一CAN收發(fā)器發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。實驗結(jié)果顯示當(dāng)3臺下位機CAN總線同時發(fā)數(shù)時數(shù)據(jù)接收端沒有數(shù)據(jù)丟失和總線沖突現(xiàn)象。

　　結(jié)語

　　現(xiàn)場總線有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，它將給自動控制領(lǐng)域的變革帶來深遠(yuǎn)的影響。我們設(shè)計的CAN總線收發(fā)器具有通用性，在本系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上只需要相應(yīng)的修改數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議即可應(yīng)用于各個CAN總線的數(shù)傳系統(tǒng)。

　　參考文獻：

　　1． 陳立元主編. Visual Basic實現(xiàn)串并行通信技術(shù). 清華大學(xué)出版社，2001

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　　3． 馬希榮主編. Visual Basic 6.0 程序設(shè)計. 機械工業(yè)出版社，2004

　　4． 彭禹皓. 基于單片機和CAN控制器的嵌入式系統(tǒng). 微計算機信息，2007，4-2：33-35