1CAN總線簡介CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域往,主要用于各種設(shè)備檢測及控制的一種現(xiàn)場總線。CAN總線最初是由德國Bosch公司為汽車的檢測、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。CAN總線具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想、良好的功能特性和極高的可靠性,現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)。具體來講,CAN總線具有如下特點(diǎn):
*結(jié)構(gòu)簡單,只有2根線與外部相連,且內(nèi)部含有錯誤探測和管理模塊。
*通信方式靈活。可以多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點(diǎn)均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,而不分主從。
*可以點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
*網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息可分成不同的優(yōu)先級,可以滿足不同的實(shí)時要求。
*CAN總線通信格式采用短幀格式,每幀字節(jié)數(shù)最多為8個,可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時,8個字節(jié)也不會占用總線時間過長,從而保證了通信的實(shí)時性。
*采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。當(dāng)2個節(jié)點(diǎn)同時向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時,優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送,而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。這大大地節(jié)省了總線仲裁沖突時間,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
*直接通信距離最大可達(dá)10km(速率5kb/s以下),最高通信速率可達(dá)1Mb/s(此時距離最長為40m);節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個,通信介值可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。
*CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等多項(xiàng)工作。
*CAN總線采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。
*CAN總線的以上特點(diǎn),為工業(yè)控制系統(tǒng)中高可靠性的數(shù)據(jù)傳送提供了一種新的解決方案。其在國外工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)國內(nèi)的許多工業(yè)控制領(lǐng)域也開始使用基于CAN的現(xiàn)場總線。CAN總線已成為最有發(fā)展前途的4種現(xiàn)場總線之一。
2單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用Intel196系列中的87C196NT單片機(jī)。87C196NT具有1MB的尋址空間。本身不帶CAN控制器,所以要實(shí)現(xiàn)與CAN總線之間的通信,需外加CAN控制器和CAN驅(qū)動芯片.在本設(shè)計(jì)中作者采用LTL-CAN。LTL-CAN是一種CAN總線控制、驅(qū)動隔離收發(fā)器,由CAN控制器芯片PCA82C200、CAN驅(qū)動芯片PCA82C250、16MHz的晶振及光隔電路用厚膜封裝而成。它只支持標(biāo)準(zhǔn)信息幀格式,其內(nèi)部邏輯功能圖略(詳見《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2002.8)。
單片機(jī)與CAN總線的接口電路圖略(詳見《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2002.8)。圖中LTL-CAN是帶光隔的CAN控制器和物理總線間的接口,提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。電阻R1作為CAN終端的匹配電阻。LTL-CAN芯片的片選信號CSCAN通過GAL16V8譯碼產(chǎn)生,其地址為08000H-08FFFH。87C196NT的P3口是數(shù)據(jù)/地址復(fù)用口。
3單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1CAN信息包格式說明一個有效的CAN的數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)域、應(yīng)答域和幀結(jié)束組成。CAN控制器有2種不同的幀格式:標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式。它們的主要區(qū)別在于仲裁域格式不同:標(biāo)準(zhǔn)幀仲裁域由11位標(biāo)志符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位RTR組成;擴(kuò)展幀仲裁域由29位標(biāo)志符就替代遠(yuǎn)程請求SRR位、標(biāo)志位和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位RTR組成,圖略(詳見《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2002.8)。
標(biāo)志符作為報(bào)文的名稱,在仲裁過程期間,首先被送到總線。在接收器的驗(yàn)收判斷中和仲裁過程確定訪問優(yōu)先權(quán)中都要用到。
遠(yuǎn)程發(fā)送請求位(RTR)用來確定發(fā)送遠(yuǎn)程幀還是數(shù)據(jù)幀:當(dāng)RTR為高電平時,CAN控制器發(fā)送遠(yuǎn)程幀;為低電平時,發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
數(shù)據(jù)長度碼(DLC)用來確定每幀要發(fā)送幾字節(jié)的數(shù)據(jù),最多為8字節(jié)。
3.2CAN控制器PCA82C200介紹
PCA82C200芯片是Philips公司生產(chǎn)的CAN控制器,是一種I/O設(shè)備基于內(nèi)存編址的微控制器。該設(shè)備的獨(dú)立操作是通過像RAM一樣的片內(nèi)寄存器修正來實(shí)現(xiàn)的。它只支持標(biāo)準(zhǔn)的信息幀格式。
PCA82C200的地址區(qū)包括控制段和信息緩沖區(qū)控制段。在初始化載入時可被編程來配置通信參數(shù)(例如,位時序)。微控制器也是通過這個段來控制CAN總線上通信的。PCA82C200有2種工作模式:復(fù)位模式和工作模式。在復(fù)位模式下可以對接收代碼、接收屏蔽、總線時序寄存器0和1以及輸出控制寄存器進(jìn)行設(shè)置。一般在CAN初始化時完成對以上寄存器的設(shè)置,當(dāng)CAN進(jìn)入工作模式后,它們的值就不再變化。在工作模式下可進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。特別要注意的是當(dāng)硬件復(fù)位或控
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