CAN總線與RS-485總線的通信接口設(shè)計
CAN總線(Controller Area Network)是由德國Bosch公司于20世紀(jì)80年代專門為汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，特別適合應(yīng)用于分布式控制或?qū)崟r控制領(lǐng)域。它的應(yīng)用范圍遍及高速網(wǎng)絡(luò)和低成本的分布式控制系統(tǒng)。CAN具有以下特點:
(1) 無破壞的依據(jù)優(yōu)先權(quán)的仲裁;
(2) 多主站點依據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行總線訪問;
(3) 嚴(yán)格的錯誤檢測和界定;
(4) 支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求;
(5) 借助接收濾波的多地址幀傳送;
(6) 通信介質(zhì)多樣，組合方式靈活;
(7) 全系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容，系統(tǒng)靈活;
(8) 最遠(yuǎn)傳輸距離為10Km(總線傳輸速率為5kbps)， 最大傳輸速率為1Mbps(總線傳輸距離為40m)。
RS-485標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)公布的串行通信協(xié)議。它比RS-232C標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸距離長、速度快、抗干擾性能好，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、樓宇、能源等領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中，許多工業(yè)控制設(shè)備(如PLC)都帶有RS-485接口。因此，有必要設(shè)計CAN總線與 RS-485總線的通信接口電路。
2 硬件設(shè)計
整個通信接口電路由單片機(jī)AT89C52、CAN控制器SJA1000、CAN收發(fā)器82C250、高速光電耦合器6N137和RS-485收發(fā)器MAX485組成。如圖1所示。單片機(jī)AT89C52主要完成SJA1000的初始化，及CAN總線 和RS-485總線之間的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。SJA1000是CAN控制器82C200的替代產(chǎn)品。它主要由下列功能模塊構(gòu)成:接口管理邏輯、發(fā)送緩沖器、接收緩沖器、接收過濾器、位流處理器、位時序邏輯和錯誤管理邏輯。除了與82C200兼容之外，它增加了許多新功能:PeliCAN工作模式、讀/寫訪問的錯誤計數(shù)器、標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)信息的接收和發(fā)送、可編程的錯誤限制報警、只聽模式和仲裁丟失中斷。單片機(jī)對SJA1000內(nèi)部寄存器的控制是以訪問外部寄存器的方式進(jìn)行的。CAN收發(fā)器82C250是CAN總線控制器和物理總線之間的接口，主要負(fù)責(zé)提供對總線的差分發(fā)送能力和對CAN控制器的差分接收能力。它的引腳8(RS)控制3種不同的工作方式的選擇:待機(jī)、斜率控制和高速。
(1) 給RS接上高電平，則82C250以低電流待機(jī)方式工作;
(2) 若RS通過連接電阻接地，則進(jìn)入斜率控制方式，該方式可以通過改變電阻的阻值來調(diào)節(jié)斜率，適用于低速和較短的總線長度的應(yīng)用場合;
(3) 如果RS接地，就選擇了高速工作方式。高速光電耦合器6N137實現(xiàn)了CAN控制器和收發(fā)器之間的電氣隔離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。RS-485收發(fā)器MAX485是一種差分平衡型的小功率收發(fā)器，包含一個驅(qū)動器和一個接收器，使用單+5V電源供電，專門用于TTL協(xié)議(即通用于各型CPU的通信協(xié)議)和485標(biāo)準(zhǔn)之間的相互轉(zhuǎn)換，使微控制器可以利用RS-485串行通信協(xié)議直接進(jìn)行串行通信。
整個轉(zhuǎn)換過程可分為:CAN總線轉(zhuǎn)換到RS-485總線和RS-485總線轉(zhuǎn)換到CAN總線。CAN總線轉(zhuǎn)換到RS-485總線的流程如下:微控制器接收到CAN總線節(jié)點發(fā)送的報文，根據(jù)CAN總線規(guī)定的數(shù)據(jù)格式取出報文的有用信息，然后由微控制器通過MAX485將信息發(fā)送到RS-485總線。而RS-485總線轉(zhuǎn)換到CAN總線則是上述流程的逆過程。
3 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計的主要任務(wù)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制命令在CAN總線網(wǎng)絡(luò)和RS-485總線之間的傳輸。它主要包括RS-485和CAN接口的初始化程序、報文發(fā)送和接收程序、中斷服務(wù)程序和錯誤處理程序等。其中，SJA1000的初始化程序是軟件設(shè)計中的難點，需要完成各種工作參數(shù)的設(shè)置。其中，控制寄存器用來改變CAN控制器的行為，包括進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，激活不同類型的中斷源，如接收中斷、發(fā)送中斷和數(shù)據(jù)溢出中斷等。驗收代碼寄存器和驗收屏蔽寄存器共同作用定義了能被節(jié)點所接收報文的條件:所收信息的標(biāo)識符的相應(yīng)位與驗收代碼寄存器驗收碼的相應(yīng)位相等。 驗收屏蔽寄存器的作用是確定驗收碼的哪些位對于驗收濾波是相關(guān)的或不相關(guān)的。總線時序寄存器0定義了波特率的預(yù)設(shè)值及同步跳轉(zhuǎn)寬度;總線時序寄存器1則定義了位周期的長度、采樣點的位置和采樣數(shù)目。輸出控制寄存器可以設(shè)置不同的輸出模式(如正常輸出模式、雙相輸出模式和時鐘輸出模式等)。時鐘分頻寄存器不僅可以控制SJA1000的輸出頻率及屏蔽CLKOUT引腳，而且還能夠?qū)asic CAN和Peli CAN模式進(jìn)行選擇。具體的SJA1000初始化程序流程如圖2所示。
CAN總線轉(zhuǎn)換到RS-485總線的程序如下:
CAN-RS485_TR
ANSITION:
MOV DPTR, #SR; 狀態(tài)寄存器
MOVX A, @DPTR;
JNB ACC.0, CAN_QUIT;
是否接收到信息，無數(shù)據(jù)則退出轉(zhuǎn)換程序
CAN-RS485_HANDLE:
MOV DPTR, #CANR ;接收緩沖區(qū)首地址
MOVX A , @DPTR ;接收幀的格式
JNB ACC.6 , RECEIVE _ FRAME
;RTR=1則報文是遠(yuǎn)程請求幀
LCALL TRANSMIT_ DATA
;發(fā)送對方請求的數(shù)據(jù)
LJMP CAN_QUIT ;退出轉(zhuǎn)換程序
RECEIVE_ FRAME: MOVX A, @DPTR;
ANL A, #0FH;
ADD A, #05H
;獲得接收數(shù)據(jù)的長度
MOV R7, A
MOV R0，#43H
;設(shè)定MCU接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
DATAFRAME: MOVX A, @DPTR
;接收數(shù)據(jù)
MOV @R0, A
LCALL RS485_SEND ;將有效信息通過MAX485轉(zhuǎn)發(fā)到RS-485總線
INC DPTR
INC R0
DJNZ R7, DATAFRAME ;判斷接收是否結(jié)束
RECOUT: MOV DPTR, #CMR
MOV A, #04H
;釋放接收緩沖區(qū)
MOVX @DPTR, A
CAN_QUIT: RET ;退出轉(zhuǎn)換程序
4 結(jié)束語
CAN總線是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一，而RS-485總線則是常用的串行總線，兩者之間的相互轉(zhuǎn)換具有很高的實用價值。本文設(shè)計的CAN-RS485通信接口電路能夠很好地解決這兩種串行數(shù)據(jù)總線之間的相互轉(zhuǎn)換問題，并已成功應(yīng)用于某地區(qū)的智能交通控制系統(tǒng)。
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