基于PIC單片機通信適配卡設計

　　CAN總線(xiàn)-控制器局部網(wǎng)(CAN)國際標準(ISO11898)。CAN總線(xiàn)與一般的通信總線(xiàn)相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。

　　其特點(diǎn)可概括如下：CAN為多主方式工作。在報文標識符上，各節點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級。采用非破壞總線(xiàn)仲裁技術(shù)。只需通過(guò)對報文的標識符濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)方式傳送接收數據。直接通信距離最遠可達零10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可達到1Mbps(此時(shí)通訊距離最長(cháng)為40m)。CAN上的節點(diǎn)數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，目前可達110個(gè)。報文采用短幀結構，傳輸時(shí)間短，受到干擾的概率低。每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。通信介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，選擇靈活。節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，使得其他節點(diǎn)的操作不受影響。它具有較高的性能價(jià)格比。CAN協(xié)議是建立在國際標準組織的開(kāi)放系統互聯(lián)模式基礎上的，由于CAN的數據結構簡(jiǎn)單，又是范圍較小的局域網(wǎng)，因此不需要其他中間層，應用層數據直接取自數據鏈路層或直接向鏈路層寫(xiě)數據。結構層次少，有利于系統中實(shí)時(shí)控制信號的傳送。

　　本實(shí)驗通信網(wǎng)絡(luò )通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸數據，設計的CAN-RS-232通信適配卡，可掛接在通信網(wǎng)絡(luò )的任一節點(diǎn)位置，對于通過(guò)RS-232總線(xiàn)連入CAN網(wǎng)絡(luò )的PC，可用WINDOWS自帶的超級終端或者我們用VC編寫(xiě)的串口操作程序來(lái)接收和發(fā)送數據，可以實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)，及一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信，實(shí)現CAN協(xié)議里的數據幀和遠程請求幀的傳送所謂遠程請求幀就是接收端通過(guò)發(fā)送遠程幀啟動(dòng)其資源節點(diǎn)傳送它們各自的數據，板卡還可實(shí)現10位精度的A/D轉換并將得到的數據通過(guò)CAN總線(xiàn)上傳給上位機CAN總線(xiàn)系統結構如圖1所示：

　　1系統硬件設計

　　板卡電路主要由四部分組成：PIC16F877A單片機、獨立CAN通信控制器SJA1000T、CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器TJA1050和RS-232總線(xiàn)驅動(dòng)器MAX232。主要實(shí)現基于CAN總線(xiàn)的數據傳輸，同時(shí)通過(guò)RS-232把Pc作為終端接人CAN總線(xiàn)以及采集模擬信號并通過(guò)CAN總線(xiàn)上傳給上位機。SJA1000T是集成的獨立CAN控制器(與PHILIPS早期的CAN控制器PCA82C200完全兼容)，它負責完成CAN總線(xiàn)通信協(xié)議的物理層和數據鏈路層的功能。對于微處理器來(lái)說(shuō)，它相當于一個(gè)存儲器I/O 映象設備。由于CAN控制器和微控制器內部都有自己的時(shí)鐘產(chǎn)生電路，為了讓兩者之間協(xié)調，外加了10M 晶振在微控制器上作為整個(gè)系統的時(shí)鐘，并將微控制器的時(shí)鐘輸出作為CAN控制器的時(shí)鐘輸入；SJA1000T的中斷輸出信號/INT接到單片機的INT中斷，但也可通過(guò)查詢(xún)方式實(shí)現單片機與CAN控制器的通信；為了使CAN控制器和微控制器能同時(shí)可靠的復位，外加了手動(dòng)復位電路。

　　PIC16F877A單片機是目前使用非常廣泛的中端單片機，在本系統中，它主要是用于控制CAN控制器SJA1000T，對SJA1000T進(jìn)行初始化和讀/寫(xiě)操作以及將從CAN總線(xiàn)或從RS-232總線(xiàn)傳來(lái)的數據進(jìn)行打包處 后再轉傳到RS-232總線(xiàn)或CAN總線(xiàn)上，即對兩個(gè)總線(xiàn)上的數據流按照協(xié)議進(jìn)行處理和傳送。下位機的單片機主要是采集模擬信號并實(shí)現A/D轉換，并通過(guò)CAN總線(xiàn)上傳給上位機。

　　1.1 CAN通信模塊

　　SJA1000T的AD0～AD7是地址、數據復合總線(xiàn)，與PIC16F877A的PORTD端口相連，即單片機通過(guò)SJA1000T的這個(gè)并口來(lái)傳遞數據和地址；需要注意的是51系列的單片機有專(zhuān)門(mén)的讀、寫(xiě)和地址鎖存的引腳，而PIC16F877A并沒(méi)有，所以我們只能用其他端口來(lái)模擬控制，在本系統中SJA1000T的ALE、CS、RD 、WR分別與單片機的RC0-RC3引腳相連，即　　用RC0-RC3來(lái)控制SJA1000T的地址鎖存、片選和讀/寫(xiě)操作。

　　TJA1050是CAN 協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，主要應用在波特率范圍從60kbps到1Mbps。TJA1050可以為總線(xiàn)提供差動(dòng)的發(fā)送功能，為CAN控制器提供差動(dòng)的接收功能，而且完全符合ISO11898標準。CAN控制器SJA1000T通過(guò)一條串行數據輸出線(xiàn)TxD 和一條串行數據輸人線(xiàn)RxD 連接到CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器TJA1050，而TJA1050則通過(guò)兩個(gè)有差動(dòng)接收和發(fā)送能力的總線(xiàn)終端連接到CAN總線(xiàn)?？偩€(xiàn)終端為120歐的電阻，其作用為匹配總線(xiàn)阻抗，提高數據通信的抗干擾性及可靠性。CAN通信模塊的原理圖見(jiàn)圖2。

　　1.2 RS-232模塊

　　RS-232標準是美國EIA電子工業(yè)聯(lián)合會(huì )制定的一種串行物理接口標準，廣泛用于汁算機與終端或外設之間的近端連接 完整的RS-232接口有25根線(xiàn)，一般在計算機串口采用簡(jiǎn)化的9芯插頭座：工作時(shí)，應保證電平在±(5-15)V之問(wèn)。因此為了能夠同計算機或控制器的TTL器件連接，必須在RS-232與TTL電路之問(wèn)進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。常用的轉換芯片是MAX232。MAX232內部有電壓倍增電路和轉換電路，只需5V電源便可實(shí)現TTL電平與RS-232電平轉換。RS-232模塊的原理圖見(jiàn)圖3。

　　1.3 A/D轉換模塊

　　PIC16F877A單片機自帶有8路模擬通道，轉換精度為10位。本適配卡選擇RA0為模擬通道。板卡將A/D轉換后的數據通過(guò)CAN總線(xiàn)上傳給上位機。

　　1.4 數據流

　　CAN-RS-232的數據流圖見(jiàn)圖4。

　　2 系統軟件設計

　　軟件設計分為兩大塊：板卡底層軟件設計和PC機上串口操作軟件設計。板卡底層軟件設計主要是對PIC16F877A編程，用于把從PC機通過(guò)串口輸人給單片機的數據按照CAN協(xié)議幀結構進(jìn)行打包處理，并操作CAN控制器把數據發(fā)送到CAN總線(xiàn)；把從CAN總線(xiàn)上輸入的數據轉換成串行數據輸出給PC機：PC機上串口操作軟件設計主要是對串口的操作和通過(guò)串口收發(fā)數據。

　　2.1單片機編程

　　開(kāi)發(fā)工具使用的是MPLAB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，它是綜合的編輯器、項目管理器和設計平臺，適用于使用Microchip的PICmicro系列單片機進(jìn)行嵌入式設計的應用開(kāi)發(fā)；編程語(yǔ)言用的是C語(yǔ)言，將HITECH 公司的PICC編譯器直接掛接在MPLAB-IDE集成開(kāi)發(fā)平臺下，實(shí)現一體化的編譯連接和原代碼調試。

　　CAN控制器SJA1000T片內有模式寄存器MOD、命令寄存器CMR、狀態(tài)寄存器SR、中斷寄存器IR、中斷使能寄存器IER、接收緩沖器RXB、發(fā)送緩沖器TXB、仲裁丟失捕捉寄存器ALC、錯誤代碼捕捉寄存器ECC、錯誤報警限額寄存器EWLR、錯誤計數寄存器ERR、驗收代碼寄存器ACR、驗收屏蔽寄存器AMR、總線(xiàn)時(shí)序寄存器BTR、輸出控制寄存器OCR和時(shí)鐘分頻寄存器CDR等，單片機就是通過(guò)讀寫(xiě)這些寄存器來(lái)實(shí)現對SJA1000T的控制，從而實(shí)現CAN報文的接收和發(fā)送。文后給出CAN控制器SJA1000T初始化和接收子程序的流程圖。下面給出CAN初始化程序，其中WRCAN是自定義的一段對SJAIO00T寫(xiě)數據的子程序。

　　2.2 串口操作程序設計

　　在各種開(kāi)發(fā)工具中間，VC由于功能強大和靈活，所以本實(shí)驗系統使用VC作為開(kāi)發(fā)工具。串口通訊目前流行的方法主要有3種：一是利用Microsoft提供的CMSCOMM控件進(jìn)行通訊，通過(guò)插入ActiveX控件的方式實(shí)現；二是利用WIN API函數進(jìn)行編程，這種編程的難度較高，要掌握較多的API函數；三是利用現在網(wǎng)絡(luò )上面提供的一些串口通訊控件進(jìn)行編寫(xiě)，比如CSerial類(lèi)等。本程序采用WINAPI函數進(jìn)行串口的開(kāi)發(fā)，程序在PC機上用來(lái)收發(fā)串口數據運行正確穩定。

　　3 結束語(yǔ)

　　本系統在PC機上使用串口通信程序收發(fā)RS-232總線(xiàn)上的數據，并通過(guò)PIC單片機和CAN通信模塊連人CAN網(wǎng)絡(luò )。板卡可進(jìn)行雙向通信：一方面可以把從CAN總線(xiàn)接收的數據流轉換成標準的RS-232格式的數據流上傳給PC機；另一方面可以把接收的RS-232格式的數據流轉換成符合CAN協(xié)議的報文結構傳送到CAN總線(xiàn)上。充分利用了CAN總線(xiàn)組網(wǎng)的優(yōu)勢，構成的總線(xiàn)型通訊網(wǎng)絡(luò )具有通訊波特率高、通訊距離長(cháng)、節點(diǎn)容量大、可靠性高等特點(diǎn)。利用VC編程的串口通信程序接收顯示和發(fā)送數據，實(shí)現了多主機基于CAN網(wǎng)絡(luò )的數據通訊。