基于SJA1000的CAN總線(xiàn)系統節點(diǎn)仿真平臺的實(shí)現

引言

控制器局域網(wǎng)(CoNtroller Area Network，CAN)，是德國B(niǎo)osch 公司為汽車(chē)的監控系統而設計的總線(xiàn)式串行通信網(wǎng)絡(luò )，它具有良好的組網(wǎng)靈活性、開(kāi)放性、擴展性和兼容性，它的抗干擾、自診斷、自監控和糾錯能力強，可靠性高，它的協(xié)議模型結構簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，性?xún)r(jià)比高，便于開(kāi)發(fā)，它是目前唯一有國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)，它的應用范圍已經(jīng)遠遠超出汽車(chē)監控系統，它適用于許多領(lǐng)域中分布式自動(dòng)控制系統，如：工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化，智能結構和分布管理等，成為很有推廣普及應用潛力的現場(chǎng)總線(xiàn)。

為便于CAN總線(xiàn)在不同領(lǐng)域的推廣普及應用，研制一種通用的CAN總線(xiàn)系統基本組成單元DD節點(diǎn)的仿真平臺，通過(guò)仿真使研究開(kāi)發(fā)CAN總線(xiàn)系統的成本和周期降低，這是很有實(shí)際應用價(jià)值的。

本仿真平臺選用Philips公司的SJA1000芯片作為CAN控制器，它除了具有基本CANPCA82C200芯片標準模式的所有功能外，更增加了一種新的工作模式DPeliCAN模式，這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議，如：兼容性和擴展性更強，檢錯和糾錯能力更強，支持熱插拔等，設計更方便靈活，而芯片價(jià)格低廉，很適合作通用的CAN總線(xiàn)系統節點(diǎn)仿真平臺之用。

為了適應多種不同領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統仿真需要，可采用普通PC機作為各種不同的自動(dòng)控制系統的傳感器、執行器和人機鍵控和顯示接口的仿真器，形成仿真平臺，提高節點(diǎn)的通用性，靈活性和可擴展性。通過(guò)仿真PC機可模擬各種不同應用系統。

仿真平臺的硬件設計

所設計的CAN總線(xiàn)系統節點(diǎn)仿真平臺硬件系統框圖如圖1所示。

圖1CAN總線(xiàn)系統節點(diǎn)仿真平臺

總線(xiàn)系統采用價(jià)格低廉而安裝方便的雙絞線(xiàn)作為通信介質(zhì)，將各節點(diǎn)聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò )系統。每個(gè)節點(diǎn)由CAN控制器、CAN收發(fā)器、微處理器和仿真PC機四個(gè)功能模塊組成。

CAN控制器SJA1000作為核心，執行CAN協(xié)議，包括數據的成幀和解幀以及幀的收發(fā)等等。

由于SJA1000的總線(xiàn)驅動(dòng)能力有限，它通過(guò)CAN收發(fā)器PCA82C250芯片與物理總線(xiàn)聯(lián)接起來(lái)。CAN收發(fā)器將來(lái)自CAN控制器的邏輯電平信號轉換成適合在CAN總線(xiàn)上傳輸且能被CAN收發(fā)器接收的邏輯電平信號，起到抗瞬間干擾和射頻干擾，增大通信距離和保護總線(xiàn)等作用；為了進(jìn)一步增強抗干擾能力，在SJA1000與PCA82C250之間，可用高速光電耦合器6N137實(shí)現總線(xiàn)上各CAN節點(diǎn)間的電平隔離。

CAN控制器和收發(fā)器配合完成CAN協(xié)議中物理層和數據鏈路層的通信協(xié)議功能。微處理器89C51控制SJA1000的功能，包括初始化和監控管理，實(shí)現數據的收發(fā)通信，執行應用層功能。

仿真PC機通過(guò)串口芯片MAX232實(shí)現與微處理器之間的電平轉換和通信，從而實(shí)現與CAN總線(xiàn)通信。PC機可作為各種不同的自動(dòng)控制系統的傳感器、執行器和人機鍵控和顯示接口的仿真器，形成仿真平臺，提高節點(diǎn)的通用性，靈活性和可擴展性。通過(guò)仿真PC機可模擬各種不同的應用系統。

仿真平臺的軟件設計(圖2)

軟件設計主要是對微處理器進(jìn)行應用編程，實(shí)現SJA1000的初始化(包括工作模式、濾波器、中斷使能寄存器等初始值的設置)，監控管理和鍵控顯示。微處理器采用中斷工作模式，使響應速度提高，支持系統實(shí)時(shí)性。中斷流程如圖2。

圖2 中斷流程圖

軟件設計的核心是微處理器與CAN控制器之間的數據通信。最終實(shí)現CAN網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的數據通信。編程采用模塊化方式，方便修改、升級和調試，支持系統靈活性、開(kāi)放性和可擴展性。

小結

本文的基于SJA1000的CAN總線(xiàn)系統節點(diǎn)仿真平臺，經(jīng)測試得，可實(shí)現兩個(gè)節點(diǎn)間的數據正確的發(fā)送和接收，并實(shí)現了節點(diǎn)和仿真PC機之間的通信以及鍵控輸入、數據顯示等功能。它的硬件結構簡(jiǎn)單價(jià)廉，軟件靈活，易修改、升級和進(jìn)一步組網(wǎng)等的開(kāi)發(fā)，通過(guò)仿真PC機可模擬各種不同應用系統。通過(guò)仿真使研究開(kāi)發(fā)CAN總線(xiàn)系統的成本和周期降低，該仿真平臺為CAN總線(xiàn)系統在汽車(chē)及其它多種不同領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統中推廣應用，提供了方便的研究開(kāi)發(fā)條件，為CAN的普及和提高提供了有益的參考實(shí)例。