Cortex-M3內核芯片LM3S2965的CAN總線(xiàn)節點(diǎn)設計

摘要：根據CAN總線(xiàn)的特性，給出了基于Cortex-M3內核的LM3S2965芯片中CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的硬件電路、軟件實(shí)現框架及部分代碼。初始化代碼部分可以直接應用在其他CAN總線(xiàn)的接口設計中。
關(guān)鍵詞：CAN；Cortex-M3；稱(chēng)重儀表；現場(chǎng)總線(xiàn)

引言
CAN總線(xiàn)具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價(jià)格比高等諸多特點(diǎn)。CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))屬于總線(xiàn)式通信網(wǎng)絡(luò )，它是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )，不同于以太網(wǎng)等管理和信息處理用網(wǎng)絡(luò )，其物理特性及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議特性更強調工業(yè)自動(dòng)化的底層監測及控制。它采用了最新的技術(shù)及獨特的設計，可靠性和性能超過(guò)了已陳舊的現場(chǎng)通信技術(shù)，如RS485、BITBUS等。
多數采用微處理器結合CAN控制器芯片的硬件方案，軟件實(shí)現上是對CAN控制器芯片的寄存器編程，比較繁瑣。Luminary Micro公司(現已被TI公司收購)所提供的Stellaris系列是基于ARM Cortex-M3的控制器，它們?yōu)閷Τ杀居绕涿舾械那度胧轿⒖刂破鲬梅桨笌?lái)了高性能的32位運算能力。其中，LM3S2000系列是針對控制器局域網(wǎng)(CAN)應用方案而設計的一組芯片，它在Stellaris系列芯片的基礎上擴展了Bosch CAN網(wǎng)絡(luò )技術(shù)——短距離工業(yè)網(wǎng)絡(luò )里的黃金標準。
目前，很多系統需要稱(chēng)重數據。本文介紹一種利用LM3S2965芯片設計的CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的軟硬件方案，可以直接將儀表與傳感器組成的稱(chēng)重系統接人現有的分布式網(wǎng)絡(luò )中。

1 系統硬件設計
基于CAN總線(xiàn)的分布式控制網(wǎng)絡(luò )系統如圖1所示。采用現場(chǎng)總線(xiàn)式集散控制系統(Field Distributed Control Svstem，FDCS)結構，由CAN總控中心、控制節點(diǎn)以及CAN現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )組成。CAN總控中心主要完成在線(xiàn)系統監控，多個(gè)智能節點(diǎn)各自獨立完成數據采集、系統設定、運行顯示控制等，通過(guò)CAN現場(chǎng)總線(xiàn)，在操作站和智能節點(diǎn)之間交換各種數據和管理控制信息。圖中的任何一個(gè)控制節點(diǎn)都可能是稱(chēng)重系統，由稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重儀表組成。通過(guò)這個(gè)控制網(wǎng)絡(luò )，總控中心就可以監控、操作各個(gè)稱(chēng)重單元的工作狀態(tài)。

本文利用TI公司生產(chǎn)的LM3S2965設計了一種CAN總線(xiàn)系統智能節點(diǎn)。節點(diǎn)包括A／D轉換、顯示、按鍵輸入、CAN接口等多個(gè)部分，根據系統的要求還可以增加更多的模塊。本文僅介紹CAN接口部分，其硬件電路如圖2所示。該電路主要包括CAN總線(xiàn)收發(fā)器SN65HVD1050D、高速光電耦合器6N137以及與微控制器LM3S2965的接口部分。LM3S2965通過(guò)內置CAN控制器極大地簡(jiǎn)化了硬件設計和軟件編程，加速了實(shí)現方案的設計，且穩定可靠性得到保證。

為了增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，LM3S2965的TXO和RXO通過(guò)高速光耦6N137與CAN收發(fā)器SN65HVD1050D相連，很好地實(shí)現了總線(xiàn)上各CAN節點(diǎn)間的電氣隔離。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5 V隔離輸出的開(kāi)關(guān)電源模塊實(shí)現，這些部分雖然增加了節點(diǎn)的復雜程度，但卻提高了節點(diǎn)的穩定性和安全性。6N137光耦合器的使用需要注意兩點(diǎn)：第一，6N137的第6腳輸出電路屬于集電極開(kāi)路電路，必須接一個(gè)上拉電阻；第二，6N137內部的第2腳和第3腳之間是一個(gè)LED，必須串接一個(gè)限流電阻。