基于CAN總線與RS485的DSP通信接口設(shè)計(jì)

1.概述

     現(xiàn)場總線是一種開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域中最具有應(yīng)用前景的技術(shù)之一 ,CAN總線是現(xiàn)場總線中的應(yīng)用熱點(diǎn)。由于CAN總線具有通信速率高、開放性好、報(bào)文短、糾錯(cuò)能力強(qiáng)以及控制簡單、擴(kuò)展能力強(qiáng)、系統(tǒng)成本低等特點(diǎn)，越來越 受到人們的關(guān)注。

     TI公司的TMS320LF2407型DSP微控制器以其處理能力強(qiáng)，外設(shè)功能模塊集成度高及存儲(chǔ)器容量大等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)字化控制與通信領(lǐng)域。CAN 總線控制器與TMS320LF2407微控制器連接，可以實(shí)現(xiàn)CAN總線的通信。TMS320LF2407微控制器內(nèi)嵌的異步串行口（SCI）支持CPU 與其它使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步外設(shè)之間的數(shù)字通訊，通過RS-485接口可以方便地進(jìn)行DSP之間或DSP與PC機(jī)之間的異步串行通信。

      RS-485是一種多發(fā)送器的接口標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了RS-422A的性能，允許雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或 收發(fā)器，RS-485最大傳輸距離為1200m，最大傳送速率可達(dá)10Mb/s。因此，RS-485在遠(yuǎn)程通信和多機(jī)總線系統(tǒng)中具有很大的吸引力，在實(shí)際 設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。

     本設(shè)計(jì)以PC機(jī)為主機(jī)，以TMS320LF2407為從機(jī)，實(shí)現(xiàn)了主從機(jī)之間的基于RS-485的串行通信，以及TMS320LF2407與CAN總線的 通信。其中PC機(jī)與TMS320LF2407的RS-485通信，采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX48X/49X系列收發(fā)器芯片，完成RS-485標(biāo)準(zhǔn)接 口通信。由于PC機(jī)上提供的是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C串行接口，因此，需要RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換器進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換。如圖1所示。應(yīng)用 TMS320LF2407內(nèi)嵌的CAN模塊和總線接口芯片PCA82C250，實(shí)現(xiàn)了TMS320LF2407與CAN總線的串行通信。

2.TMS320LF2407的RS-485通信設(shè)計(jì)

       TMS320F2407有較強(qiáng)的串行通信能力，設(shè)計(jì)到的控制類寄存器較多，這使系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較靈活。設(shè)計(jì)時(shí)，首先對控制類寄存器進(jìn)行初始化，包括數(shù)據(jù)格式、 中斷使能、中斷優(yōu)先級(jí)、波特率等參數(shù)的設(shè)置。初始化完成以后，就可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)了。如果要發(fā)送數(shù)據(jù)，只要把數(shù)據(jù)寫入SCITXBUF即可，由串行通信 SCI模塊自動(dòng)完成發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要接收數(shù)據(jù)，只要把SCIRXBUF的內(nèi)容讀出即可（從引腳SCIRXD/IO移位來的信息由串行通信SCI模塊本身自 動(dòng)去掉起始位、停止位、校驗(yàn)位，并將數(shù)據(jù)放到SCIRXBUF中）。代碼如下：

初始化TMS320LF2407的SCI模塊

3.上位機(jī)PC串行通信軟件設(shè)計(jì)

        上位機(jī)PC采用高級(jí)語言VB的通信控件，實(shí)現(xiàn)串行通信。在VB5.0及以上版本中，提供了一個(gè)名為MSComm的通信控件，它為應(yīng)用程序提供基本的串行通信功能，可以通過串行接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

        PC串行口發(fā)送器輸出端和接收器輸入端的數(shù)據(jù)格式為幀信息格式，與TMS320LF2407的SCI格式相同。通信時(shí)，雙方預(yù)先約定通信數(shù)據(jù)傳輸格式、傳 輸速率及各自工作方式等。本文設(shè)計(jì)中雙方約定：波特率為9600bps。1幀信息格式為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。傳送方式：PC機(jī)采用查詢方 式接收數(shù)據(jù)，TMS320F240采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。

4.TMS320LF2407的CAN通信設(shè)計(jì)

TMS320LF2407 內(nèi)嵌的CAN模塊，是一個(gè)16 位的外圍器件，其通信特性有：

（1）完全支持CAN2.0B協(xié)議;

（2）具有6個(gè)郵箱，其中mailbox2與mailbox3可按工程需求配置為接收或發(fā)送郵箱，數(shù)據(jù)長度為0—8字節(jié);

（3）當(dāng)發(fā)送出錯(cuò)或仲裁過程中數(shù)據(jù)丟失時(shí)，該控制器具有自動(dòng)重發(fā)功能;（4）能夠通過軟件編程實(shí)現(xiàn)自檢測功能。

4.1硬件設(shè)計(jì)

應(yīng)用TMS320LF2407微控制器組成一個(gè)CAN總線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行實(shí)時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN控制器接口用于提供CAN協(xié)議控制器與物理總線之間的接 口，總線接口芯片使用PHILIPS公司生產(chǎn)的PCA82C250，它可以方便的將CAN控制器連接到CAN總線網(wǎng)絡(luò)上。硬件系統(tǒng)分為兩層，第一層是 CAN總線與TMS320LF2407的接口電路，實(shí)現(xiàn)CAN總線和TMS320LF2407的物理接口，第二層是TMS320LF2407與CAN總線 的信息處理層。如圖2所示。

PCA82C250提供差分發(fā)送和對CAN控制器的差分接收，由于PCA82C250是5V電源供電，TMS320LF2407是用3.3V電源供電，因 此采用電阻分壓來實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。其中R2，R3分別取1KΩ和2KΩ，R1取10KΩ。對于二極管D1選用具有快速恢復(fù)能力的肖特基二極管IN5819。

4.2軟件設(shè)計(jì)

4.2.1初始化CAN模塊


CAN模塊的初始化包括初始化位時(shí)間和初始化郵箱。

初始化位時(shí)間可按如下步驟進(jìn)行（如圖3所示）：

（1）在MCR寄存器中設(shè)置改變配置請求位：CANMCR=1000H;

（2）配置BCR寄存器：CANBCR2=0000H; CANBCR1=0157H;

（3）請求正常模式：CANMCR=0000H;

初始化郵箱可以按照如下步驟配置郵箱（如圖4所示）：

（1）禁止郵箱寫0到CANMDER：CANMDER=0000H;

（2）在CANMCR中設(shè)置改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

（3）改變郵箱內(nèi)容：數(shù)據(jù)可以只在發(fā)送郵箱中設(shè)置;

（4）返回正常模式：CANMCR=0000H;

（5）使能郵箱：CANMDER=0004H;

4.2.2 發(fā)送消息

為了實(shí)現(xiàn)CAN模塊的消息發(fā)送，需要按照以下步驟配置發(fā)送過程：

（1）對發(fā)送郵箱進(jìn)行初始化

禁止郵箱對CANMDER寫0：CANMDER=0000H;

在CANMCR中設(shè)置改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

對發(fā)送郵箱設(shè)置消息ID: CANMSGIDnH="0E00H";CANMSGIDnL=000FH;

設(shè)置消息控制域,即對CANMSGCTRLn進(jìn)行寫操作: CANMSGCTRLn="0008H";

創(chuàng)建消息并寫到CANMBXnA、CANMBXnB、CANMBXnC和CANMBXnD中：

CANMBXnA=0ABCDH;CANMBXnB=0123H;CANMBXnC=0EF32H;CANMBXnD=6789H;

重新設(shè)置CANMCR的第8位，請求正常操作：CANMCR=0000H;

允許郵箱對CANMDER寄存器進(jìn)行寫操作：CANMDER=0004H;

（2）設(shè)置TCR寄存器的TRS位，請求發(fā)送消息：TCR=0010H;

（3）等待發(fā)送確認(rèn)（TCR寄存器的TA=1）;

（4）重新設(shè)置TA和發(fā)送標(biāo)志：TCR=1000H;

4.2.3 接收消息

應(yīng)用CAN模塊接收外界消息時(shí)，需要對CAN控制器進(jìn)行如下設(shè)置：

（1）設(shè)置局部接收屏蔽寄存器。 LAM1H=8000H;

（2）設(shè)置郵箱標(biāo)識(shí)符和控制。

禁止郵箱對MDER寫0：CANMDER=0000H;

寫MCR寄存器申請改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

對發(fā)送郵箱設(shè)置消息ID: CANMSGIDnH="0E00H";CANMSGIDnL=000EH;

設(shè)置消息控制域：CANMSGCTRLn=0008H;

重置MCR第8位，請求正常操作：CANMCR=0000H;

允許郵箱寫MDER寄存器：CANMDER=0044H;

（3）等待接收確認(rèn)和CANIFR的郵箱中斷標(biāo)志。

（4）重置RMP和接收標(biāo)志，必須對RMP寫1: CANRCR="0040H";

圖3 初始化位時(shí)間編程流程圖

5.結(jié)論

      本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)是：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，往往是由一臺(tái)主機(jī)控制多臺(tái)從機(jī)，上位機(jī)和下位機(jī)的遠(yuǎn)距離通信通過串行通信實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)綜合實(shí)現(xiàn)了PC主機(jī)與DSP 從機(jī)的RS-485遠(yuǎn)距離通信接口和DSP從機(jī)與CAN現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計(jì)，同時(shí)具備主從機(jī)的遠(yuǎn)距離通信和CAN現(xiàn)場總線設(shè)備的實(shí)時(shí)通信功能，具 有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮了DSP的CAN模塊和SCI模塊的作用,使得接口設(shè)計(jì)簡單，工作更加可靠。