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CAN总线通信系统的研究与设计

时间:2019-01-11 来源: 关键字:数字信号   单片机   通信   

1 CAN总线介绍

控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通信可靠性和实时性,而且简单实用,网络成本低,特别适用于环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。其主要特点如下:

(1)CAN总线为多主站总线,各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息,且不分主从;

(2)CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术,高优先级节点优先传送数据,故实时性好;

(3)CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能;

(4)CAN总线采用短帧结构,每帧有效字节数最多为8个,数据传输时间短,并有CRC及其他校验措施,数据出错率极低;

(5)CAN总线上某一节点出现严重错误时,可自动脱离总线,而总线上的其他操作不受影响;

(6)CAN总线系统扩充时,可直接将新节点挂在总线上,因而走线少,系统扩充容易,改型灵活;

(7)CAN总线的最大传输速率可达1 Mb/s,直接通信距离最远可达10 km(速率在5 Kb/s以下);

(8)CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路,在标准帧(11位报文标识符)时,可达到110个,而在扩展帧(29位报文标识符)时,个数不受限。

2 单片机与数字信号处理器CAN通信系统接口电路设计

单片机与数字信号处理器种类较多,在研究其通信系统时,以广泛使用的MCS-51单片机以及适于运动控制的美国德州仪器(TI)公司TMS320LF2407为例进行研究。

2.1 单片机通信系统接口电路设计

MCS-51单片机组成CAN通信系统需要扩展CAN控制器,本系统采用的CAN控制器是SJA1000。SJA1000是PHILIPS公司生产的既支持CAN 2.0B,又支持CAN 2.0A的CAN控制器。与SJA1000配套使用的CAN总线驱动器是PCA82C250,它是PHILIPS推出的CAN控制器和物理总线接口芯片,可提供对总线的差分发送和接收。CAN模块总线控制器、总线驱动器连接基本方法如图1所示。为增强CAN总线节点的抗干扰能力,SJA1000通过高速光耦6N137后与PCA82C250相连,这样就能很好地实现本系统与CAN总线的电气隔离。电源的隔离采用小功率电源隔离模块。这些部分虽然增加了接口电路的复杂性,但是却提高了系统的稳定性和安全性。

 

CAN总线通信系统的研究与设计

 

TMS320LF2407内部集成一个完全的CAN控制器,但CAN控制器必须通过CAN驱动芯片才能与其他CAN控制器进行通信,这里采用 PCA82C250。因为TMS320LF2407用3.3 V供电,而PCA82C250用5 V供电。TMS320LF2407通过高速光耦6N137后与82C250相连,不仅增强了CAN总线节点的抗干扰能力,而且实现了电平转换。

3 数字信号处理器与单片机通信系统软件设计

数字信号处理器与单片机组成的CAN总线通信系统进行数据通信时,应约定通信协议,如帧格式、波特率、标识符等。各节点软件设计均包括数据发送和接收子程序以及CAN总线控制器初始化子程序。这里着重研究CAN总线控制器的初始化。

 

CAN总线通信系统的研究与设计

 

3.1 单片机通信系统软件设计

单片机CAN通信系统软件设计主要是指SJA1000总线控制器的初始化程序设计。

CAN总线控制器初始化程序主要是通过对SJA1000寄存器写入相应的控制字,从而确定SJA1000的工作方式。SJA1000需要初始化的寄存器有:模式寄存器MODE、时钟分频寄存器CDR、接收代码寄存器ACR、接收屏蔽寄存器AMR、中断使能寄存器IER、总线定时寄存器BTR、输出控制寄存器OCR等。其中,总线定时寄存器BTR的值决定CAN通信波特率,而波特率正确与否,是数字信号处理器与单片机实现CAN通信的关键。因为这些寄存器仅能在SJA1000复位期间进行写访问,因此在对这些寄存器初始化之前,必须确保系统进入复位状态,在初始化后,须清除复位请求位,使SJA1000返回正常运行状态,其初始化子程序如下:

 

CAN总线通信系统的研究与设计
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