基于P89C668單片機的CAN總線接口設計

時間：2012-03-14 12:28:43

關鍵字：單片機接口設計 CAN總線接口 OV

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[導讀]CAN(Controller Area Network)總線，又稱控制器局域網(wǎng)，屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡.與其它幾種現(xiàn)場總線相比，CAN 總線是最容易實現(xiàn)、價格也最為低廉.由于其性能好，可靠

CAN(Controller Area Network)總線，又稱控制器局域網(wǎng)，屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡.與其它幾種現(xiàn)場總線相比，CAN 總線是最容易實現(xiàn)、價格也最為低廉.由于其性能好，可靠性高、設計靈活，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、小區(qū)防范、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領域.

CAN總線規(guī)范已被國際標準化組織（ISO）定為國際標準，CAN協(xié)議也是建立在國際標準化組織的開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI）基礎上的.CAN總線主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，用戶可在其基礎上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應用層通信協(xié)議，由于CAN總線的可靠性高，使應用層通信協(xié)議得以大大簡化.目前市場上有多種不同型號的CAN控制器，它們實現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的結構和功能大多相同，只是與單片機接口部分的結構和方式有一些差異.

為了提高硬件電路的效率，簡化電路設計上的復雜性，保證電路的電氣兼容性，本文采用PHILIPS公司生產的P89C668單片機和CAN控制器SJA1000設計了CAN接口節(jié)點電路，并介紹了相關的軟件設計.

1 CAN總線節(jié)點接口硬件電路設計

CAN節(jié)點接口硬件電路原理如圖1所示.采用PHILIPS公司生產的P89C668單片機、CAN控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA82C250設計接口電路來實現(xiàn)CAN總線通信.

圖1 CAN總線接點接口硬件電路原理

P89C668單片機內帶64kB Flash存儲器，該存儲器既可并行編程，在系統(tǒng)編程ISP中也可串行編程，在實際的成型產品中可通過ISP升級用戶程序. 在Boot ROM程序中，可通過一個默認的串行下載器（UART）對Flash存儲器作ISP編程，而在Flash代碼區(qū)中并不需要調用下載器的代碼，用戶程序可通過調用在Boot ROM中的標準子程序對Flash存儲器擦除和再編程（即IAP）.

P89C688在6個時鐘周期內執(zhí)行一條指令，一個OTP位讓用戶可選擇傳統(tǒng)的12個時鐘周期.P89C688用先進CMOS工藝制造，是80C51單片機家族的衍生品，其指令集和80C51相同.該單片機有四個8位I/O口，三個16位定時器/事件計數(shù)器，多中斷源，四個優(yōu)先級，可嵌套中斷結構，一個增強型UART和片內振蕩器以及時序電路.P89C668新增特性使其成為一個功能強大的單片機，可為某些應用提供PWM、高速的I/O和加/減計數(shù).

SJA1000 是PHILIPS 公司生產的獨立CAN 通信控制器，它既支持CAN2.0A，又支持CAN2.0B，與PCA82C200 CAN 控制器兼容（BasicCAN），并可替代PCA82C200；增加了一種新的工作模式PeliCAN，使其支持具有很多新特性的CAN2.0B 協(xié)議；集成了CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理；具有多主結構、總線訪問優(yōu)先權、硬件濾波等特點.

PC82C250為CAN總線收發(fā)器，是CAN 控制器和物理總線的接口，提供對總線的驅動發(fā)送能力、對CAN控制器的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力.它具有很強的抗瞬間干擾和保護總線的能力，以及三種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機，如表1所示.總線上的某一個節(jié)點掉電不會影響總線，在40米內應用的速度可達1M baud，最多可掛110個節(jié)點.

從圖1 可看出，該硬件電路主要由單片機P89C668、CAN 獨立控制器SJA1000 和CAN 收發(fā)器PCA82C250 組成.

單片機P89C668 負責對SJA1000 進行初始化，通過控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收等通信任務.

SJA1000 的AD0~AD7連接到P89C668 的P0口；

CS連接到P89C668的P1.1，P1.1 為0 時選中SJA1000，可控制SJA1000；

SJA1000 的RD/E、WR、ALE/AS 分別連接到P89C668 的RD(P3.7)、WR(P3.6)、P1.0；

SJA1000的(INT)連接到P89C668 的P3.2(INT0)，這樣，P89C668 可以通過中斷方式訪問SJA1000；

SJA1000的模式選擇引腳MODE 接高電平時選擇Intel 模式；

為了保證時鐘同步，SJA1000 的CLKOUT 引腳使能，向P89C668 提供時鐘源.

2 CAN 總線節(jié)點接口軟件設計

實現(xiàn)CAN 總線通信，要對CAN 總線節(jié)點接口設計相應的總線通信程序；在總線通信之前，必須進行SJA1000 控制器初始化.在上電或復位后，單片機通過運行其自身復位程序初始化SJA1000.CAN總線通信程序大致由SJA1000 初始化、發(fā)送和接收三部分組成.以下分別對他們進行簡單的描述.

2.1 SJA1000 初始化

在上電后，CAN 控制器的RST 腳獲得一個復位脈沖，使之進入復位模式.在開始對SJA1000 各個配置寄存器進行設定之前，主控制器通過讀復位/請求標識來檢測SJA1000是否進入復位模式.為了避免微控制器的上電復位時間和SJA1000 的復位時間的偏差，微控制器要等待SJA1000 完成上電復位后才能對SJA1000 配置寄存器進行配置，存有配置信息的寄存器只能在復位模式下才可進行寫入.SJA1000 初始化程序在復位模式下，主控制器要配置下面的寄存器：

（1）模式寄存器（僅在PeliCAN 模式下選擇應用操作模式）
接收過濾模式
自檢測模式
偵聽模式

（2）時鐘分頻寄存器
使用BasicCAN 或PeliCAN 模式
CLKOUT 引腳是否可以使用
CAN 輸入比較器是否被跳過
TX1 輸出是否專門用于接收中斷輸出

（3）總線定時寄存器
定義總線的位速率
定義位周期內的采樣點位采樣點
定義一個位周期的采樣數(shù)量

（4）接收代碼和接收掩碼寄存器
定義要接收消息的接收代碼
定義與接收代碼相關位進行比較的接收掩碼

（5）輸出控制寄存器
定義CAN 總線輸出引腳TX0 和TX1 的配置

在將這些配置信息配置到SJA1000配置寄存器后，通過消除復位模式，請求使SJA1000進入操作模式.一定要確保復位標志真的被刪除，并且在沒有進行CAN 總線通信前進入操作模式，這可以通過讀該標志來實現(xiàn). 當硬件復位處于掛起狀態(tài)，即CAN 控制器的RST 引腳為低電平時，復位模式/請求標志不能被清除.

下面是SJA1000 的初始化程序.
CAN_INI: MOV DPTR, #MOD; 模式寄存器
MOV A, #01H
MOVX @DPTR, A
NOP
MOVX A, @DPTR
ANL A, #01H
JZ CAN_INI; 等待SJA1000 進入復位模式
MOV DPTR, #BTR0; 總線定時0
MOV A, #BandRate0
MOV DPTR, #BTR1; 總線定時1
MOV A, # BandRate1
MOV DPTR, #OCR; 輸出控制寄存器
MOV A, #1AH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #CDR; 時鐘分頻器
MOV A, #0C0H
MOV DPTR, #ACR0; 接收代碼寄存器ACR0
MOV A, #ModuleAddress; 設置為模塊的地址
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOV @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #AMF0; 接收掩碼寄存器AMF0
MOV A, #0FFH; 接收代碼設置為
0X0FFFFFFFF
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #IER ; 中斷使能寄存器IER
MOV A, #09H; 允許接收中斷和數(shù)據(jù)溢出中斷
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MOV A, #04H; 釋放接收緩沖器
MOVX @DPTR, A
LOOP: MOV DPTR, #MOD
MOV A, #08H; 設置SJA1000 工作模式為普通模式,單濾波接收
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #MOD
MOV A, @DPTR
ANL A, #01H
JNZ LOOP; 等待復位標識被清除
RET

2.2 CAN 總線發(fā)送程序

對SJA1000控制器進行初始化建立CAN總線通信后，就可以通過CAN總線發(fā)送和接收報文.發(fā)送程序負責節(jié)點的報文發(fā)送.發(fā)送報文時，用戶只需將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按一定的格式組合成一幀的報文，并送入SJA1000發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動SJA1000發(fā)送即可.發(fā)送程序分發(fā)送數(shù)據(jù)幀和遠程幀兩種.通過設置RTR以決定是發(fā)送數(shù)據(jù)幀還是遠程幀.

SJA1000的報文主要有中斷控制和查詢兩種發(fā)送方式.主動發(fā)送報文建議采用查詢方式，一次發(fā)送不成功，可再次發(fā)送，這樣發(fā)送程序的處理比較簡單，可采用查詢SJA1000控制部分狀態(tài)標識符的方法.下面給出以查詢方式發(fā)送報文的發(fā)送程序.
CAN_SEND: MOV DPTR, #SR; 狀態(tài)寄存器SR
MOVX A, @DPTR;
ANL A, #04H
JZ CAN_SEND; 等待發(fā)送寄存器釋放
MOV R7, #0AH
MOV R0, #TXB_Data; 待發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址
MOV DPTR, #TXB_Addr; 發(fā)送寄存器的基地址
LOOP1: MOV A, @R0; 將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
INC R0
DJNZ R7, LOOP1
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MO A, #01H; 發(fā)送請求命令
MOVX @DPTR, A
RET

2.3 CAN總線接收程序

SJA1000 根據(jù)規(guī)則自動接收消息，接收到的消息放入接收緩沖器，同時接收緩沖器狀態(tài)標志位RBS 置為1，接收程序根據(jù)RBS 值來決定接收報文與否.SJA1000 報文的接收也有兩種方式：中斷和查詢.對通信的實時性要求不高時，可采用查詢方式，否則采用中斷方式.以下給出中斷接收方式程序.

CAN_INT: CLR EA; 關所有中斷
MOV DPTR, #IER; 中斷寄存器IER 使能
MOVX A, @DPTR
MOV R6, A; 保存SJA1000 中斷允
MOV A, #00H ; 重設SJA1000 中斷允許模式為不允許任何中斷
MOVX @DPTR, A
LCALL RECEIVE; 接收信息
JZ ReceivOk; 接收到的信息正確則跳轉，否則進行錯誤處理.. ..; 錯誤處理
ReceivOk: MOV DPTR, #IER
MOV A, R6; 恢復SJA1000 中斷允許模式
MOVX @DPTR, A
SETB EA; 開放中斷
RETI
RECEIVE: CLR A
MOV DPTR, #SR; 狀態(tài)寄存器SR
JZ ERROR; 不是正常的消息接收中斷則跳轉
LOOP2: MOV DPTR, #RXB_Addr; 接收寄存器的基地址
MOV R1, #RXB_Data; 存放所接收數(shù)據(jù)的首地址
MOV R7, #0AH
LOOP3: MOVX A, @DPTR; 接收數(shù)據(jù)
MOV @R1, A; 保存數(shù)據(jù)
INC DPTR
INC R1
DJNZ R7, LOOP3
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MOV A, #0X04; 釋放接收緩沖器
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #SR
MOVX A, @DPTR
CJNE A, #01H, LOOP2; 等待接收隊列為空
MOVD PTR, #IR; 中斷寄存器IR
MOVX A, @DPTR; 清空SJA1000 的接收中斷標識位
CLR A; 返回值ACC=0，表示接收消息正確
LJMP END_RECEIVE
ERROR: .. ..; 接收消息錯誤處理
MOVA, #01H; 返回值ACC=1，表示接收消息不正確
NED_RECEIVE: RET