基于dsPIC30F6014數字信號控制器的CAN節點(diǎn)設計

2.1 CAN節點(diǎn)硬件設計

圖2所示為CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )示例。圖中給出了三種CAN網(wǎng)絡(luò )實(shí)現方式：微控制器+CAN控制器+CAN收發(fā)器；集成CAN控制器的微控制器+CAN收發(fā)器；CAN的串行I/O器件+CAN收發(fā)器。其中節點(diǎn)1由MICROCHIP公司的dsPIC30F6014集成CAN控制器+MCP2551CAN收發(fā)器構成；節點(diǎn)2由MICROCHIP公司的PIC單片機+SPI接口的MCP2550串行CAN控制器+MCP2551CAN收發(fā)器構成；PC機的CAN節點(diǎn)由Philips公司的SJA1000CAN控制器+PCA82C250CAN收發(fā)器構成。本文的研究和試驗結果就是在這一網(wǎng)絡(luò )框架下完成的。
顯然dsPIC30F6014只需加上CAN總線(xiàn)收發(fā)電路就可掛接到CAN通信網(wǎng)絡(luò )上，大大簡(jiǎn)化了通信系統的設計，同時(shí)可減少通信節點(diǎn)受到干擾的概率。CAN模塊通過(guò)CAN控制器接口芯片MCP2551連接到物理總線(xiàn)上。MCP2551是一個(gè)可容錯的高速CAN器件，可作為CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)接口。MCP2551 可為CAN 協(xié)議控制器提供差分收發(fā)能力，它完全符合ISO-11898標準，包括能滿(mǎn)足24V 電壓要求。它的工作速率高達1 Mb/s。

2.2 CAN節點(diǎn)軟件設計
CAN總線(xiàn)的3層結構模型為: 物理層、數據鏈路層和應用層。系統的開(kāi)發(fā)主要在應用層軟件的設計上，CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的軟件設計主要包括三大部分：CAN節點(diǎn)初始化、報文發(fā)送和報文接收。初始化程序設計對于CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的正常工作相當重要。它主要包括工作方式的設置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設置、總線(xiàn)定時(shí)器的設置和中斷允許寄存器的設置。MICROCHIP公司提為開(kāi)發(fā)者提供了豐富的開(kāi)發(fā)工具和應用程序庫，使得開(kāi)發(fā)代碼效率大大提高。由于CAN 協(xié)議沒(méi)有規定信息標識符的分配，因此可以根據不同應用使用不同的方法，所以在設計一個(gè)基于CAN 的通訊系統時(shí)確定CAN 標識符的分配非常重要。標識符的分配和定位也是較高層解決手段的其中一個(gè)主要的項目。當前較流行的CAN應用層協(xié)議有 CANOpen協(xié)議DeviceNet協(xié)議。DeviceNet協(xié)議適合于工廠(chǎng)自動(dòng)化控制，CANOpen協(xié)議適合于所有機械的嵌入式網(wǎng)絡(luò )。對于小型網(wǎng)絡(luò )（圖2所示）Modbus 協(xié)議是一個(gè)不錯的解決發(fā)案。Modbus 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言，通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一個(gè)通用工業(yè)標準。有了它不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行集中監控。 Modbus 協(xié)議支持主/從通訊方式同時(shí)也支持使用對等技術(shù)通訊。因此Modbus協(xié)議不僅能夠支持RS232、RS485 網(wǎng)絡(luò )也能夠充分發(fā)揮CAN-bus 網(wǎng)絡(luò )的性能與通訊效率。

3 系統應用中應注意的問(wèn)題
在實(shí)際運行中, 經(jīng)常會(huì )遇到CAN總線(xiàn)不通和數據傳輸過(guò)程中丟幀現象，糾其原因主要有以下幾方面：

（1）為了進(jìn)一步提高抗干擾措施, 在CAN控制器和收發(fā)器之間應使用由高速隔離器件如6N137 構成的隔離電路，同時(shí)采用DC-DC模塊將電源隔離，增強抗電磁干擾能力，保護系統電路不受網(wǎng)絡(luò )影響。
（2） 總線(xiàn)兩端的2個(gè)120歐姆的電阻, 對于匹配總線(xiàn)阻抗, 起著(zhù)相當重要的作用。若忽略掉它們,會(huì )使數據通信的抗干擾性及可靠性大大降低, 甚至無(wú)法通訊。
（3） 在軟件設計時(shí), CAN 總線(xiàn)定時(shí)器的設置非常關(guān)鍵, CAN 總線(xiàn)上的所有控制器必須有相同的波特率和位長(cháng)度。然而，不同的控制器并不要求使用相同的主振蕩器時(shí)鐘。如果各個(gè)控制器的時(shí)鐘頻率不同，必須通過(guò)調節各個(gè)段的時(shí)間份額數調節波特率。下面是時(shí)間段編程的一些要求：
傳播段+ 相位緩沖段1> = 相位緩沖段2
相位緩沖段2 > 同步跳轉寬度
通常，位的采樣應當發(fā)生在位時(shí)間的60-70% 左右，取決于系統參數。

結語(yǔ)
本文的創(chuàng )新觀(guān)點(diǎn)在于：詳細介紹了dsPIC30F6014數字信號控制器CAN節點(diǎn)實(shí)現方案。研究和試驗結果表明利用dsPIC30F6014數字信號控制器構成的CAN節點(diǎn)具有許多優(yōu)良的性能，并能充分發(fā)揮節點(diǎn)的功能，為嵌入式系統CAN節點(diǎn)設計提供了一種新型實(shí)用方案。