嵌入式CAN總線(xiàn)系統電路設計詳解 —電路圖天天讀（115）

　　CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)即控制器局域網(wǎng)絡(luò )，是現場(chǎng)總線(xiàn)之一，由德國B(niǎo)osch公司為汽車(chē)的監測、控制系統而設計的總線(xiàn)式串行通訊網(wǎng)絡(luò )，適合于工業(yè)過(guò)程控制設備和監控設備之間的互聯(lián)。是一種多主方式的串行通訊總線(xiàn)，基本設計規范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。主要應用于汽車(chē)電控制系統、電梯控制系統、安全監控系統、醫療儀器、紡織機械、船舶運輸等方面。CAN具有下下列主要特性：①低成本；②遠距離傳輸（長(cháng)達lOKm）；③高速的數據傳輸速率（高達 1Mbit／s）；④可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文；⑤可靠的錯誤處理和檢錯機制；⑥發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；⑦節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)退出總線(xiàn)的功能。

　　嵌入式系統的CAN接口電路

　　基于arm7架構嵌入式系統的CAN接口硬件模塊包括Samsung公司的嵌入式微處理器S3C44BOX和Philips公司的CAN控制器芯片SJAl000和CAN總線(xiàn)收發(fā)器PCA82C250。8KB Cache、 Samsung S3C44BOX微處理器是三星公司專(zhuān)為手持設備和一般應用提供的高性?xún)r(jià)比和高性能的微控制器解決方案，它使用arm7TDMI CPU核，工作在66MHZ。為了降低系統總成本和減少外圍器件，這款芯片中還集成了下列部件：外部存儲器控制器、LCD控制器、4個(gè)DMA通道、2通道異步UART單元、1個(gè)同步串行口（SIO）、1個(gè)多主12C總線(xiàn)控制器、1個(gè)I Is總線(xiàn)控制器，5通道PWM定時(shí)器及一個(gè)內部定時(shí)器、71個(gè)通用I／O口、8個(gè)外部中斷源、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、8通道10位ADC等。

　　CAN總線(xiàn)控制器

　　CAN總線(xiàn)控制器選用Philips公司的SJAl000。 SJAl000是一款獨立的控制器，用于汽車(chē)和一般工業(yè)環(huán)境中的控制器局域網(wǎng)絡(luò )（CAN）。它是PHILIPS半導體PCA82C200 CAN控制器（BasicCAN）的替代產(chǎn)品。而且，它增加了一種新的工作模式（PeliCAN），這種模式支持具有很多新特性的CAN2．0B協(xié)議。SJA1000是新一代CAN控制器，有如下特點(diǎn)：①和PCA82C200獨立CAN控制器引腳兼容及電氣兼容；②SJA1000有兩種工作模式：基本CAN模式（BASIC CAN）和增強CAN模式（PELI CAN），支持CAN2.0A／B協(xié)議；③同時(shí)支持11位和29位ID，位速率可達1M，具有總線(xiàn)仲裁功能；④擴展的接收緩沖器（64字節、先進(jìn)先出FIFO），增強的環(huán)境溫度范圍（-40-+125℃）；⑤檢錯和糾錯能力加強；⑥支持帶電插拔。

　　SJA1000方框圖如圖1所示。其中接口管理邏輯IML負責連接外部主控制器，該控制器可以是微型控制器或其它任何控制器。接口管理邏輯IML接收來(lái)自微控制器的命令，分配控制信息緩存器發(fā)送緩存器TBF、接收緩存器RBF0和RBF1，并為微控制器提供中斷和狀態(tài)信息。發(fā)送緩存器TBF由10個(gè)字節存貯單元組成，存貯由微控制器寫(xiě)，將被發(fā)送至CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的報文。接收緩存器0和1（RBF0、 RBF1）均由10個(gè)字節組成，交替存貯從總線(xiàn)接收的報文，當一個(gè)緩存器分配給CPU，位流處理器可以對另一個(gè)進(jìn)行寫(xiě)操作。位流處理器是一個(gè)控制發(fā)送緩存器和接收緩存器（并行數據）與CAN總線(xiàn)（串行數據）之間數據流的序列發(fā)生器。位定時(shí)邏輯將SJA1000同步于CAN總線(xiàn)上的位流。驗收濾波器支持11 位和29位標識符的濾波，所有收到的報文由驗收濾波器驗收并存儲在接收FIFO。錯誤管理邏輯按照CAN協(xié)議完成錯誤界定。

　　CAN總線(xiàn)收發(fā)器

　　CAN總線(xiàn)收發(fā)器選用Philips公司PCA82C250產(chǎn)品。CAN總線(xiàn)收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，該器件對總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送能力并對CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，有很強的抗電磁干擾（EMI）的能力，至少可掛110個(gè)節點(diǎn)。

　　嵌入式系統的CAN接口電路

　　圖2是嵌入式微處理器S3C44BOX的CAN接口電路圖。如圖所示，ARM和SJA1000以總線(xiàn)方式連接，由于A(yíng)RM信號為3.3伏，而CAN總線(xiàn)控制器電平為5伏，所以所有信號之間均需要電平轉換，本例中使用了QS34X245作為電平轉換芯片。 QS34X245為80引腳的雙例直插芯片，它既有電平轉換功能（5V變到3.3V），又是一個(gè)總線(xiàn)開(kāi)關(guān)和隔離器件。QS34X245內提供一組32位高速CMOS兼容的總線(xiàn)開(kāi)關(guān)，當輸出使能端OEn（n為1～4）為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)通，連能總線(xiàn)A和總線(xiàn)B；當輸出使能端OEn為高電平時(shí)，則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，總線(xiàn) A和總線(xiàn)B隔離。OE1控制總線(xiàn)A和總線(xiàn)B的低8位（即A7～A0和B7～B0），OE2控制A15～A8和B15～B8，OE3控制A23～A16和 B23～B16，OE4控制A31～A24和B31～B24。由于A(yíng)RM總線(xiàn)非復用，而SJA1000總線(xiàn)復用，所以必須通過(guò)邏輯產(chǎn)生地址鎖存信號 ALE，在本例中該信號由芯片GAL22V10產(chǎn)生。SJA1000的片選、讀寫(xiě)信號均采用arm總線(xiàn)信號，ALE信號由讀寫(xiě)信號和地址信號通過(guò)GAL產(chǎn)生。在寫(xiě)SJA1000寄存器時(shí)，首先往總線(xiàn)的一個(gè)地址寫(xiě)數據，作為地址，讀寫(xiě)信號無(wú)效，ALE變化產(chǎn)生鎖存信號；然后寫(xiě)另外一個(gè)地址，讀寫(xiě)信號有效，作為數據。上述邏輯完全通過(guò)GAL產(chǎn)生。此外，CAN總線(xiàn)需要在兩線(xiàn)問(wèn)加一個(gè)120歐電阻。

　　控制CAN總線(xiàn)時(shí)首先初始化各寄存器，以設定通信參數（如：模式、位速率、驗收碼、屏蔽碼、字段長(cháng)、總線(xiàn)定時(shí)、輸出模式等），BASIC CAN方式控制段共10個(gè)字節。發(fā)送數據時(shí)首先置位命令寄存器，然后將被發(fā)送的報文寫(xiě)入發(fā)送緩沖區，最后置位請求發(fā)送，由 SJAl000完成發(fā)送。接收通過(guò)查詢(xún)狀態(tài)寄存器，讀取接收緩沖區獲得信息，然后釋放接收緩沖器。