基于LPC2131嵌入式系統μCOS-II實(shí)現CAN通訊

隨著(zhù)信息技術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展，ARM技術(shù)方案架構作為一種具備低功耗、高性能、以及小體積等特性的32位嵌入式微處理器，得到了眾多的知識產(chǎn)權授權用戶(hù)，其中包括世界頂級的半導體和系統公司。目前已被廣泛的用于各類(lèi)電子產(chǎn)品，汽車(chē)、消費娛樂(lè )、影像、工業(yè)控制、海量存儲、網(wǎng)絡(luò )、安保和無(wú)線(xiàn)等領(lǐng)域。被業(yè)界人士認為，基于A(yíng)RM的技術(shù)方案是最具市場(chǎng)前景和市場(chǎng)優(yōu)勢的解決方案。

現場(chǎng)總線(xiàn)CAN是為解決現代汽車(chē)中眾多的電控模塊之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。由于其具有多主站依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，采用非破壞性總線(xiàn)仲裁，可完成對通信數據的錯誤檢驗和優(yōu)先級判別，數據長(cháng)度最多為8個(gè)字節，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，抗干擾能力較強，通信速率最高可達1Mbit/s等特點(diǎn)，它被廣泛應用在汽車(chē)，工業(yè)，消費類(lèi)電子等領(lǐng)域，而被公認為是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。

基于A(yíng)RM在嵌入式系統方面優(yōu)勢和CAN總線(xiàn)的廣泛應用，目前越來(lái)越多的ARM處理器內部都自帶了CAN控制器，極大的方便了開(kāi)發(fā)人員對CAN總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)。但目前仍有些產(chǎn)品中的ARM處理器沒(méi)有內置CAN控制器，為了能夠適應節點(diǎn)間對數據傳輸所提出的實(shí)時(shí)性，可靠性的要求，同時(shí)又不改變原來(lái)的硬件結構，通過(guò)外擴CAN接口模塊來(lái)實(shí)現CAN通信成了一個(gè)較為合適的選擇。

本文基于A(yíng)RM7TDMI-S處理器LPC2131，對內部沒(méi)有集成CAN控制器的處理器，設計了較為通用的CAN接口模塊的硬件電路，并對CAN總線(xiàn)進(jìn)行了可靠性設計，而且對基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μCOS-II實(shí)現CAN通信，進(jìn)行了嵌入式軟件的設計，最終在實(shí)踐中對CAN總線(xiàn)通訊的可靠性和可行性進(jìn)行了驗證。

LPC2131

Philips LPC2131是基于A(yíng)RM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器，它一方面具有ARM處理器的所有優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高性能；同時(shí)又具有較為豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)如下：

·集成了Thumb擴展指令集。

·32KB可在系統中編程（ISP）的片內Flash和可在應用中編程（IAP）的8KB RAM，具有向量中斷控制器。

·2個(gè)UART，2個(gè)I2C串行接口，2個(gè)SPI串行接口，2個(gè)定時(shí)器（7個(gè)捕獲/比較通道），PWM單元可提供多達6個(gè)PWM輸出，8通道10位ADC，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，看門(mén)狗定時(shí)器WDT，48個(gè)通用I/O引腳。

·CPU時(shí)鐘高達60MHz，具有片內晶體振蕩器和片內PLL。

LPC2131內部沒(méi)有集成CAN控制器，而無(wú)法利用CAN總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行通訊。為了使得LPC2131能夠利用CAN總線(xiàn)進(jìn)行通訊，可以通過(guò)外部擴展來(lái)拓展其功能。

硬件電路設計

由于LPC2131是由3.3V供電的ARM7TDMI-S微處理器，其各個(gè)IO引腳是3.3V的TTL電平，而且可以承受5V的電壓。而獨立CAN控制器SJA1000是5V供電，其各個(gè)IO口的電平是5V的TTL電平，所以二者兼容，其IO可以直接相連。

LPC2131與CAN控制器接口

LPC2131與CAN控制器接口如圖1所示，LPC2131的P0.8~P0.15與SJA1000的AD0~AD7直接相連實(shí)現數據交互，P0.22，P0.25，P0.31，P0.23分別與SJA1000的ALE/AS，RD/E，WR，CS相連實(shí)現讀寫(xiě)和片選，P0.30，P0.27分別與SJA1000的INT，RST相連實(shí)現中斷和復位。LPC2131訪(fǎng)問(wèn)SJA1000時(shí)，可通過(guò)軟件模擬SJA1000中所規定的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)進(jìn)行，SJA1000的模式引腳MODE通過(guò)VCC而置為高電平，使得SJA1000工作在Intel的模式。

圖1 LPC2131與CAN控制器接口電路

CAN收發(fā)器與CAN總線(xiàn)接口

CAN收發(fā)器與CAN總線(xiàn)的接口如圖2所示，其中SJA1000的TX0，RX0分別與CAN收發(fā)器的TXD，RXD相連，為提高CAN收發(fā)器82C250與CAN總線(xiàn)的接口部分的抗干擾能力，特在82C250 的CANH 和CANL 引腳串接一個(gè)共模扼流圈，以消除一定的共模干擾，而使得總線(xiàn)差分信號能夠順利通過(guò)。并且CANH和CANL分別通過(guò)一個(gè)磁珠與總線(xiàn)相連，以起到消除一定的高頻干擾。同時(shí)CANH 和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pf 的小電容，可以起到濾除總線(xiàn)上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根CAN總線(xiàn)接入端與地之間分別接了一個(gè)TVS，當CAN 總線(xiàn)有較高的電壓時(shí)通過(guò)TVS的擊穿而接地，可起到一定的過(guò)壓保護作用。82C250 的Rs引腳上接有一個(gè)斜率電阻以降低CAN總線(xiàn)的向外輻射。