基于CAN總線(xiàn)的多機通信中的設計應用

隨著(zhù)微處理器的發(fā)展，利用微處理器對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制已成為趨勢。在工業(yè)控制過(guò)程中，由于大量數據信息的共享和傳輸，傳統的串行通信模式已不能滿(mǎn)足要求。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，需要一種抗干擾性強、可靠性高、傳輸速度快和傳輸距離長(cháng)的總線(xiàn)結構。CAN總線(xiàn)技術(shù)不僅滿(mǎn)足上述要求，而且還能實(shí)現多點(diǎn)間的信息傳遞。本文使用PCI9810-cAN適配卡上的CAN總線(xiàn)組成局域網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現多微處理器間的信息傳遞和PC機對多處理器的檢控、通信。

1 CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介

CAN（Controller Area Networks）總線(xiàn)，最早是由德國B(niǎo)osch公司開(kāi)發(fā)用于局域網(wǎng)控制的總線(xiàn)技術(shù)。CAN總線(xiàn)采用傳統的雙線(xiàn)串行通信方式，具有診斷能力，抗電磁干擾，其最陜傳輸速率可達1 Mb·s-1，最長(cháng)通信距離可達10 km（此時(shí)的傳輸速率大約為40 kb·s-1）。在CAN總線(xiàn)組成的局域網(wǎng)絡(luò )中，通信節點(diǎn)之間不采用主從方式，而是具有總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權，通信方式靈活，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及廣播方式傳輸數據。

2 系統通信模塊的硬件設計

CAN總線(xiàn)是由PCI9810-CAN適配卡提供，本文主要完成通信節點(diǎn)的設計。通信節點(diǎn)不僅可以和PC機進(jìn)行信息交換，還可獨立與其他各節點(diǎn)通信。微處理器在需要和主機或其它節點(diǎn)通信時(shí)，其通過(guò)P0口向SJA1000T的寄存器發(fā)送信息，再由PCA82C250把信息傳遞到CAN總線(xiàn)上。主機和其他通信節點(diǎn)判斷接收報文的標識符，將對接收到的信息作相應的處理，從而實(shí)現通信功能，如圖1所示。

圖1 系統通信接點(diǎn)的原理

在設計過(guò)程中，為了滿(mǎn)足多微處理器間通信的實(shí)時(shí)性和可靠性要求，結合CAN控制器的特點(diǎn)，對圖1作簡(jiǎn)單介紹：

（1）收發(fā)器PCA82C250的引腳8（Rs）有3種工作方式：高速，斜率控制和待機。斜率控制方式具有抗射頻干擾的功能，所以采用47 kΩ的電阻連接引腳8，實(shí)現斜率控制方式。

（2）圖1中應為兩個(gè)高速光電耦合隔離器件6N137，由于6N137輸出引腳的驅動(dòng)能力不夠，需要連接一個(gè)約390 Ω的上拉電阻，以增加輸出引腳的驅動(dòng)能力。兩個(gè)光電耦合隔離器件6N137的電源信號采用5 V的DC-DC隔離模塊WRA0505P，以增強系統的抗干擾能力。

（3）收發(fā)器PCA82C250的CANH和CANL引腳各自由通過(guò)一個(gè)5 Ω的電阻與CAN總線(xiàn)相連，電阻起到一定的限流作用，保護PCA82C250免受CAN總線(xiàn)上的過(guò)流沖擊。

（4）收發(fā)器PCA82C250的CANH和CANL引腳與電源地之間分別反接一個(gè)保護二極管和30 pF的電容，可以起到CAN總線(xiàn)的過(guò)壓保護作用和過(guò)流沖擊。

（5）CAN控制器SJA1000T輸入方式有2種：Intel輸入方式和Motorola輸入方式。在此采用Intel輸入方式，所以SJA1000T的MODE引腳接高電平。

（6）設計僅用到TX0和RX0引腳，根據SJA1000T通信協(xié)議所要求的輸入／輸出邏輯電平關(guān)系，SJA1000T的TX1腳懸空，RX1引腳的電位必須維持在0.5 Vcc以上，所以在TX1引腳接上約6.8 kΩ和3.6 kΩ分壓電阻。

（7）微處理器C51的引腳P2.7接CAN控制器SJA1000T的片選信號／CS，可知CAN控制器SJA1000T的寄存器首地址為8000H。處理器C41和CAN控制器SJA1000T共用12 MHz的晶振，以提高通信速率。

通過(guò)上述分析，設計的電路原理圖，如圖2所示。

圖2 通信節點(diǎn)的電路原理圖

3 系統通信模塊的軟件設計

通信模塊的軟件由3部分組成：初始化程序，發(fā)送程序和接受程序。僅這3部分程序，就能完成通信節點(diǎn)間信息的傳遞。要將CAN總線(xiàn)應用于更復雜的通信系統中，還要考慮CAN總線(xiàn)的錯誤處理，超載處理等功能和節點(diǎn)間的計算方法。由于每個(gè)通信節點(diǎn)都有自己的MCU，所以它們之間可以自由通信。通過(guò)CAN收發(fā)器PCA82C250的引腳CANH和CANL對總線(xiàn)輸出，使總線(xiàn)表現“顯性”，這時(shí)可發(fā)送信息。判斷總線(xiàn)表現為“顯性”時(shí)，就要為接受信息做好準備。

3.1 CAN控制器SJA1000T初始化程序

該程序首先進(jìn)入復位狀態(tài)，設置SJAl000T的模式寄存器MR為Basic CAN模式，驗收碼寄存器ACR和屏蔽碼寄存器AMR，再設置定時(shí)器0和定時(shí)器1，輸出控制寄存器OCR，重新設置控制寄存器CR，返回到正常工作模式下。初始化程序流程圖如圖3所示。

圖3 初始化程序流程圖

3.2 發(fā)送程序

此系統采用中斷方式發(fā)送信息，這樣能節省資源，提高通信效率。需要發(fā)送信息時(shí)，先將信息組合成一幀報文：數據幀或遠程幀。進(jìn)入發(fā)送程序后，首先關(guān)閉中斷，保護現場(chǎng)，讀中斷寄存器是否為發(fā)送中斷，將報文寫(xiě)入發(fā)送緩沖區，設置命令寄存器允許發(fā)送，開(kāi)中斷。發(fā)送程序流程圖，如圖4所示。

圖4 發(fā)送程序流程圖

3.3 接受程序

此系統仍采用中斷方式接收信息。接收程序比較復雜，需要對錯誤報警，接收溢出等情況作進(jìn)一步的處理。信息報文通過(guò)CAN總線(xiàn)被送入接收緩存器中，接收中斷被置位，處理器從控制器SJA1000T的緩存器內讀取信息，再設置新的接收標志，開(kāi)中斷。接收程序流程圖如圖5所示。

圖5 接收程序流程圖

4 結束語(yǔ)

把多個(gè)通信節點(diǎn)連接到PCI9810-CAN適配卡上的CAN總線(xiàn)，構成一個(gè)局部通信網(wǎng)絡(luò )，從而實(shí)現PC機對多通信節點(diǎn)的檢控和信息傳送，通信節點(diǎn)間的高速通信。在實(shí)際中，可以實(shí)現約110個(gè)通信節點(diǎn)間的通信，但系統比較復雜，通信效率降低，就需要考慮PCI9810-CAN適配卡和通信節點(diǎn)的程序改進(jìn)和相應算法的應用。在多機通信系統的設計過(guò)程中，主要是通過(guò)軟件的編寫(xiě)，提高系統的高速傳輸性。