基于CAN總線(xiàn)的單片機與數字信號處理器通信系統設計
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0 引 言
眾所周知，雖然目前8位單片機正逐漸被速度高，性能強的16位或32位微處理器所取代，但8位單片機仍以其低廉的價(jià)格、豐富的外圍芯片以及眾多的多功能產(chǎn)品而在低端應用市場(chǎng)占據主流地位。數字信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)作為一種具有高速數字信號處理能力的新型單片機，在通信、自動(dòng)控制、航天航空、軍事、醫療等領(lǐng)域廣泛應用。在比較復雜的測控系統中，如微機電動(dòng)機保護裝置，要求在毫秒級的短時(shí)間內對電動(dòng)機實(shí)現實(shí)時(shí)保護和測量，所以對裝置硬件系統的實(shí)時(shí)數據處理能力要求較高，而傳統的基于單 CPU微處理器的方案己經(jīng)難以勝任。因此，這里采用數字信號處理器與單片機構成的雙CPU結構。由數字信號處理器完成多通道A／D轉換、各種判據算法的運算等功能，而單片機作為整個(gè)裝置的控制單元，主要負責實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制、參數管理、人機接口及串并行通信接口的控制等。這種雙CPU結構充分發(fā)揮數字信號處理器與單片機各自的功能特點(diǎn)。其中，雙CPU系統之間的數據通信可采用雙口RAM、串行通信等方式，但這兩種方式存在只能實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)通信，通信速度慢，可靠性差等缺點(diǎn)，不利于系統擴展。因而研究通信速度快，可靠性高，實(shí)時(shí)性強的CAN總線(xiàn)通信系統具有重要意義。
1 CAN總線(xiàn)介紹
控制器局域網(wǎng)絡(luò )(Controller Area Network，CAN)是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)。它具有很高的網(wǎng)絡(luò )安全性、通信可靠性和實(shí)時(shí)性，而且簡(jiǎn)單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò )成本低，特別適用于環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。CAN總線(xiàn)可有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制。該總線(xiàn)的通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。其主要特點(diǎn)如下：
(1)CAN總線(xiàn)為多主站總線(xiàn)，各節點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò )上的其他節點(diǎn)發(fā)送信息，且不分主從；
(2)CAN總線(xiàn)采用獨特的非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，高優(yōu)先級節點(diǎn)優(yōu)先傳送數據，故實(shí)時(shí)性好；
(3)CAN總線(xiàn)具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播傳送數據的功能；
(4)CAN總線(xiàn)采用短幀結構，每幀有效字節數最多為8個(gè)，數據傳輸時(shí)間短，并有CRC及其他校驗措施，數據出錯率極低；
(5)CAN總線(xiàn)上某一節點(diǎn)出現嚴重錯誤時(shí)，可自動(dòng)脫離總線(xiàn)，而總線(xiàn)上的其他操作不受影響；
(6)CAN總線(xiàn)系統擴充時(shí)，可直接將新節點(diǎn)掛在總線(xiàn)上，因而走線(xiàn)少，系統擴充容易，改型靈活；
(7)CAN總線(xiàn)的最大傳輸速率可達1 Mb／s，直接通信距離最遠可達10 km(速率在5 Kb／s以下)；
(8)CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)數取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，在標準幀(11位報文標識符)時(shí)，可達到110個(gè)，而在擴展幀(29位報文標識符)時(shí)，個(gè)數不受限。
2 單片機與數字信號處理器CAN通信系統接口電路設計
單片機與數字信號處理器種類(lèi)較多，在研究其通信系統時(shí)，以廣泛使用的MCS-51單片機以及適于運動(dòng)控制的美國德州儀器(TI)公司TMS320LF2407為例進(jìn)行研究。
2．1 單片機通信系統接口電路設計
MCS-51單片機組成CAN通信系統需要擴展CAN控制器，本系統采用的CAN控制器是SJA1000。SJA1000是PHILIPS公司生產(chǎn)的既支持CAN 2．0B，又支持CAN 2．0A的CAN控制器。與SJA1000配套使用的CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器是PCA82C250，它是PHILIPS推出的CAN控制器和物理總線(xiàn)接口芯片，可提供對總線(xiàn)的差分發(fā)送和接收。CAN模塊總線(xiàn)控制器、總線(xiàn)驅動(dòng)器連接基本方法如圖1所示。為增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000通過(guò)高速光耦6N137后與PCA82C250相連，這樣就能很好地實(shí)現本系統與CAN總線(xiàn)的電氣隔離。電源的隔離采用小功率電源隔離模塊。這些部分雖然增加了接口電路的復雜性，但是卻提高了系統的穩定性和安全性。
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