基于單片機(jī)的智能電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

1 引言

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是一種國際標(biāo)準(zhǔn)的，高性價(jià)的現(xiàn)場總線，在自動(dòng)控制領(lǐng)域具有重要作用。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，具有較高的實(shí)時(shí)性能，因此，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域。

由于PC機(jī)無CAN接口，因此，PC機(jī)與智能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成CAN總線系統(tǒng)可采用RS232/CAN、并口/CAN、USB/CAN、ISA卡/CAN以及PCI卡/CAN方式接入。而采用RS232/CAN接入時(shí)，需采用CAN/RS232接口標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。針對(duì)這一問題，提出了CAN/RS232智能電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方案，以SJAl000作為獨(dú)立CAN控制器，完成CAN通信協(xié)議。并在SJAl000與驅(qū)動(dòng)器之間連接高速光耦，從而實(shí)現(xiàn)總線各點(diǎn)間的電氣隔離。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

CAN/RS232智能電平轉(zhuǎn)換器硬件電路主要由微處理器AT89C52、獨(dú)立CAN通訊控制器SJAl000、CAN總線驅(qū)動(dòng)器82C250、高速光電耦合器6N136、TTL電平與RS232電平轉(zhuǎn)換器ICL232、LED數(shù)碼管顯示電路以及為SJAl000提供初始地址的撥碼電路組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 CAN控制器SJAlOOO

SJAl000是一款獨(dú)立CAN控制器，應(yīng)用于移動(dòng)目標(biāo)和工業(yè)局域區(qū)域網(wǎng)控制領(lǐng)域。該器件是Philips公司CAN控制器PCA82C200的替代產(chǎn)品。SJAl000具有兩種工作模式，本設(shè)計(jì)采用PeliCAN工作模式。

3.1 SJAl000與AT89C52的接口設(shè)計(jì)

SJAl000與AT89C52的接口電路如圖2所示。AT89C52負(fù)責(zé)sJAl000的初始化，控制SJAl000來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通訊任務(wù)。SJAl000的ADO~AD7連接至AT89C52的P0端口，CS連接至AT89C52的P3.4(AT89C52的定時(shí)器T0不起作用)。當(dāng)P3.4為0時(shí)，AT89C52選中SJAl000，并通過訪問外部RAM低地址區(qū)實(shí)現(xiàn)P0端口的讀/寫操作，從而對(duì)SJAl000相應(yīng)寄存器執(zhí)行讀/寫操作。SJAl000的RD、WR、ALE引腳分別與AT89C52的對(duì)應(yīng)引腳相連，SJAl000的INT引腳接AT89C52的INTO引腳。AT89C52還可通過中斷方式訪問SJAl000。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用雙晶體振蕩器，AT89C52采用11.059 2 MHz的晶體振蕩器，SJAl000選用16 MHz的晶體振蕩器。復(fù)位電路可選用DSl232，其輸出引腳ARES與SRES分別與AT89C5l的RESET引腳和SJAl000的RESET引腳相連。

3.2 SJAl000與驅(qū)動(dòng)器的連接

SJAl000的TX0、RX0引腳不是直接與82C250的TXD、RXD引腳相連，而是通過高速光耦6N136與82C250相連，這樣可增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，從而實(shí)現(xiàn)總線各節(jié)點(diǎn)間電氣隔離。高速光耦6N136用于保護(hù)SJAl000型CAN總線控制器，該光耦兩側(cè)采用5 V的DC―DC電源.可使器件的VCC與VCCl完全隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力以及節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。圖3所示為SJAl000與CAN驅(qū)動(dòng)器82C250的連接電路。

4 軟件程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)包括：主程序、CAN節(jié)點(diǎn)初始化子程序、RS232報(bào)文發(fā)送子程序、RS232報(bào)文接收子程序、CAN報(bào)文接收子程序以及CAN報(bào)文發(fā)送子程序。其主程序流程圖如圖4所示。

4.1 CAN節(jié)點(diǎn)初始化

獨(dú)立CAN控制器SJAl000必須在上電或硬件復(fù)位后設(shè)置CAN通訊。上電后SJAl000的17引腳得到一個(gè)復(fù)位電平(低電平)，使其進(jìn)入復(fù)位模式。初始化包括設(shè)置工作方式、接收濾波方式、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器、波特率參數(shù)和中斷允許寄存器。初始化設(shè)置完成后，SJAl000則進(jìn)入工作狀態(tài)，開始執(zhí)行通訊任務(wù)。

SJAl000寄存器初始化，首先要將其模式寄存器(MOD)復(fù)位模式位置為l，再通過時(shí)鐘分頻寄存器(CDR)選擇PeliCAN工作模式，同時(shí)關(guān)閉時(shí)鐘輸出(CLOCKOUT);通過中斷允許寄存器(IER)開啟發(fā)送中斷、溢出中斷和錯(cuò)誤警告中斷;向接收屏蔽寄存器(AMR)和接收代碼(ACR)寄存器賦初值;通過總線定時(shí)寄存器0 (BTR0)和總線定時(shí)寄存器1(BTRl)設(shè)置波特率;為輸出控制寄存器(OCR)賦初值;通過接收緩沖器起始地址寄存器(RBSA)來設(shè)置接收緩沖器FIF0的起始地址;清除發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)寄存器(TXERR);清除錯(cuò)誤代碼捕捉寄存器(ECC)，最后再次選擇方式寄存器(MOD)，設(shè)置單濾波，并返回工作狀態(tài)。

4.2 RS232報(bào)文發(fā)送

AT89C52內(nèi)含一組全雙工串行傳輸界面，可同時(shí)接收或傳輸外部數(shù)據(jù)，其信號(hào)為TTL電平。由于與標(biāo)準(zhǔn)的RS232界面不兼容，須加電平準(zhǔn)轉(zhuǎn)換IC才可與RS232相連。AT89C52串行發(fā)送及接收數(shù)據(jù)均是通過特殊功能暫存器SBUF完成，在設(shè)定通訊協(xié)議模式后，通過指令“MOV SUBF,A”就可將存儲(chǔ)在SBUF暫存器內(nèi)的數(shù)據(jù)由引腳TXD串行傳輸。

4.3 RS232報(bào)文接收

AT89C52串行傳輸控制暫存器是由特殊控制暫存器SCON控制，SCON設(shè)定串行傳輸工作模式，發(fā)送接收時(shí)其第9位及發(fā)送接收時(shí)中斷指示工作。通過指令“MOV A,SBUF”則將外界串行信號(hào)經(jīng)由RXD引腳讀入，并轉(zhuǎn)換成并列數(shù)據(jù)存入暫存器A。

4.4 CAN報(bào)文發(fā)送

根據(jù)CAN協(xié)議，報(bào)文傳輸是由獨(dú)立CAN控制器SJAl000完成。主控制器必須將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報(bào)文傳輸?shù)桨l(fā)送緩沖器，將命令寄存器中的“發(fā)送請(qǐng)求”置1，然后啟動(dòng)SJAl000發(fā)送即可。

4.5 CAN報(bào)文接收

CAN報(bào)文接收子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的報(bào)文接收和其他情況的處理。接收子程序在結(jié)構(gòu)上要比發(fā)送子程序復(fù)雜一些，因?yàn)樵诮邮請(qǐng)?bào)文時(shí)，要對(duì)同處理諸如總線關(guān)閉、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況。SJAl000報(bào)文接收和發(fā)送有兩種方式：中斷方式和查詢方式。查詢方式應(yīng)禁止接收中斷使能，而中斷方式一般用于實(shí)時(shí)性要求較高的情況。

在中斷方式下，如果SJAl000已接收一個(gè)報(bào)文，而且報(bào)文通過驗(yàn)收濾波器并存入接收FIFO，則產(chǎn)生一個(gè)接收中斷。因此主控制器立刻工作，將收到的報(bào)文發(fā)送到報(bào)文存儲(chǔ)器中，再通過置位命令寄存器的相應(yīng)標(biāo)志“RRB”發(fā)送一個(gè)釋放接收緩沖器命令。接收FIF0里的更多報(bào)文將產(chǎn)生一個(gè)新的接收中斷，因此不能將所有接收FIF0中的有效信息在一個(gè)中斷周期內(nèi)讀出。接收緩沖器釋放后，SJAl000會(huì)檢查狀態(tài)寄存器中接收緩沖器狀態(tài)(RBS)是否有更多報(bào)文，所有有效信息都將循環(huán)讀出。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用SJAl000作為CAN獨(dú)立控制器，以CAN/RS232智能電平轉(zhuǎn)換器為實(shí)例，論述了CAN總線與單片機(jī)之間的接口連接，對(duì)CAN總線的實(shí)際應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。