CAN總線(xiàn)智能采集卡的設計與實(shí)現
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0．引言
控制器局域網(wǎng)CAN（Controller Area Network）作為一種多線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò )通信系統，以其時(shí)分多主、非破壞性總線(xiàn)仲裁和自動(dòng)檢錯重發(fā)等靈活、可靠的通信技術(shù)，及低廉的價(jià)格，被廣泛地應用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、汽車(chē)、傳感器、醫療設備、智能化大廈、電梯控制、環(huán)境控制等分布式實(shí)時(shí)系統。本采集卡采用的是一款Atmel公司新近推出的帶有CAN控制器的微控制器，是一款很有前途的新型芯片，其內部集成CAN控制器，用它來(lái)組建CAN總線(xiàn)實(shí)時(shí)監控系統，與傳統的CAN總線(xiàn)組網(wǎng)方式相比，系統具有結構簡(jiǎn)單、設計容易、抗干擾性強等應用優(yōu)勢。
1．采集卡的功能描述
本采集卡完成的主要功能有:
1）采集溫箱里的溫度數據，并對其進(jìn)行濾波處理。
2）監視溫度信號的變化情況，實(shí)現報警功能。
3）將采集到的數據通過(guò)CAN總線(xiàn)傳給上位機及其它節點(diǎn)。
采集卡帶有8279鍵盤(pán)/顯示接口，可通過(guò)手工或上位機來(lái)設定各種采集用的參數。
2．總體組成
智能采集卡主要由單片機系統，8279鍵盤(pán)/顯示控制芯片，譯碼驅動(dòng)電路，LED，按鍵陣列，溫度傳感器DS18B20,光電隔離以及CAN總線(xiàn)物理接口等組成，其硬件組成原理圖見(jiàn)圖1。
采集卡的總體工作流程如下：
采集卡上電復位以后，首先根據默認的參數初始化CAN總線(xiàn)的各個(gè)寄存器及DS18B20，然后對8279及顯示LED的狀態(tài)進(jìn)行初始化，接著(zhù)給T0定時(shí)器裝載初值及設置中斷寄存器等。待初始化完成之后，就向主機發(fā)送控制幀，要求主機設定采樣周期、發(fā)送時(shí)間間隔、當前時(shí)間、發(fā)送主機地址、本機標識符等參數。設定完之后，就根據不同的狀態(tài)進(jìn)入到不同的中斷服務(wù)程序中。
數據類(lèi)型根據傳輸方向可分為上行數據（采集卡→主機）和下行數據（主機→采集卡）。
上行數據主要是采集卡采集到的溫度數據。它的處理主要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：T89C51CC01對溫度傳感器DS18B20執行一個(gè)其RAM存儲器操作命令完成一次溫度測量。測量結果放在DS18B20的暫存器里，然后CPU用一條讀暫存器內容的存儲器操作命令將暫存器中數據讀出，存放在數據存儲區中。到滿(mǎn)足發(fā)送條件之后，短數據直接形成幀送到發(fā)送緩沖區，超過(guò)幀長(cháng)的數據則要經(jīng)過(guò)分解，打包后再送入CAN總線(xiàn)控制器發(fā)送緩沖區。CAN控制器通過(guò)CAN物理接口向CAN總線(xiàn)發(fā)送數據，總線(xiàn)的所有節點(diǎn)都偵聽(tīng)該數據，但并非所有節點(diǎn)都接收此數據，只有通過(guò)接收濾波的節點(diǎn)才接收此數據。采集卡的數據主要是發(fā)送給主機、監控節點(diǎn)和相關(guān)的控制節點(diǎn)。當采集卡采集到的溫度數據超過(guò)報警上限、報警下限或變化速率過(guò)快的時(shí)候，采集卡還通過(guò)CAN控制器向主機發(fā)送報警信息。
下行數據主要是主機向采集卡發(fā)送的各種控制信息。雖然采集卡可以接收任何節點(diǎn)的信息，但它主要起的是智能傳感器的作用，所以一般只接收主機來(lái)的各種控制信息?？刂菩畔⑼ㄟ^(guò)CAN物理接口進(jìn)入到CAN控制器的接收緩沖器中，采集卡根據幀類(lèi)型來(lái)區分不同的控制幀并設定相應的參數，并進(jìn)行相應的接收、發(fā)送處理。
3．硬件具體組成描述
1）核心CPU ―T89C51CC01
T89C51CC01主要具有以下特性：其片內具有8051內核，具有1個(gè)CAN控制器， 8路模擬量輸入的10位ADC變換器，可在系統編程的32K字節Flash程序存儲器，2K字節程序加載Flash程序存儲器，256字節RAM，1K字節XRAM和2K字節E2PROM數據存儲器，一個(gè)21位看門(mén)狗定時(shí)器。該微控制器基于高性能的靜態(tài)結構設計，采用先進(jìn)的CMOS制造工藝，包含5個(gè)端口34根雙向I/O線(xiàn)，3個(gè)16位定時(shí)/計數器、14個(gè)中斷源4級嵌套中斷結構、1個(gè)全雙工UART、其提供很寬的操作頻率范圍，支持12時(shí)鐘和6時(shí)鐘操作。另外，使用者可利用片上Boot加載程序，通過(guò)CAN或UART接口對該控制器進(jìn)行在系統或在應用編程。
T89C51CC01的最顯著(zhù)的一個(gè)特點(diǎn)是內部集成強大功能的CAN控制器。該控制器支持CAN2.Ａ和CAN 2.B協(xié)議,通過(guò)報文對象頁(yè)寄存器管理15個(gè)獨立的報文對象.每個(gè)報文對象可分別編程為發(fā)送、接收或緩沖接收的報文，并可通過(guò)標識符寄存器和標識符屏蔽寄存器來(lái)設置11位或29位標識符和標識符屏蔽碼來(lái)確定報文對象的優(yōu)先級，以及CAN控制器對該報文對象是否接收或拒絕。其通信的波特率可根據實(shí)際通信距離和需要對位定時(shí)寄存器進(jìn)行設定，最大波特率可達1Mbps。T89C51CC01的結構圖如圖2所示。其P0口為8位并行I/O口，將P0.0與DS18B20連接, P4.0（TxDC）和P4.1（RxDC）與82C250連接。P3.4（T0）、P3.5（T1）和P1.0（T2）是T89C51CC01內部定時(shí)器的引腳，P3.2（INT0）和P3.3（INT1）是T89C51CC01的外部中斷引腳、低電平有效。
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