CAN總線／RS232智能電平轉(zhuǎn)換器的設計

1 引言

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是一種國際標準的，高性價的現(xiàn)場總線，在自動控制領域具有重要作用。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，具有較高的實時性能，因此，廣泛應用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領域。

由于PC機無CAN接口，因此，PC機與智能節(jié)點構成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，需采用CAN／RS232接口標準轉(zhuǎn)換。針對這一問題，提出了CAN／RS232智能電平轉(zhuǎn)換器設計方案，以SJAl000作為獨立CAN控制器，完成CAN通信協(xié)議。并在SJAl000與驅(qū)動器之間連接高速光耦，從而實現(xiàn)總線各點間的電氣隔離。

2 硬件電路設計

CAN／RS232智能電平轉(zhuǎn)換器硬件電路主要由微處理器AT89C52、獨立CAN通訊控制器SJAl000、CAN總線驅(qū)動器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，其結構框圖如圖1所示。



3 CAN控制器SJAlOOO

SJAl000是一款獨立CAN控制器，應用于移動目標和工業(yè)局域區(qū)域網(wǎng)控制領域。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，本設計采用PeliCAN工作模式。

3．1 SJAl000與AT89C52的接口設計

SJAl000與AT89C52的接口電路如圖2所示。AT89C52負責sJAl000的初始化，控制SJAl000來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通訊任務。SJAl000的ADO~AD7連接至AT89C52的P0端口，CS連接至AT89C52的P3．4(AT89C52的定時器T0不起作用)。當P3．4為0時，AT89C52選中SJAl000，并通過訪問外部RAM低地址區(qū)實現(xiàn)P0端口的讀／寫操作，從而對SJAl000相應寄存器執(zhí)行讀／寫操作。SJAl000的RD、WR、ALE引腳分別與AT89C52的對應引腳相連，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CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，從而實現(xiàn)總線各節(jié)點間電氣隔離。高速光耦6N136用于保護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)點的穩(wěn)定性和安全性。圖3所示為SJAl000與CAN驅(qū)動器82C250的連接電路。

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4 軟件程序設計

系統(tǒng)軟件程序設計包括：主程序、CAN節(jié)點初始化子程序、RS232報文發(fā)送子程序、RS232報文接收子程序、CAN報文接收子程序以及CAN報文發(fā)送子程序。其主程序流程圖如圖4所示。



4．1 CAN節(jié)點初始化

獨立CAN控制器SJAl000必須在上電或硬件復位后設置CAN通訊。上電后SJAl000的17引腳得到一個復位電平(低電平)，使其進入復位模式。初始化包括設置工作方式、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。初始化設置完成后，SJAl000則進入工作狀態(tài)，開始執(zhí)行通訊任務。

SJAl000寄存器初始化，首先要將其模式寄存器(MOD)復位模式位置為l，再通過時鐘分頻寄存器(CDR)選擇PeliCAN工作模式，同時關閉時鐘輸出(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；通過總線定時寄存器0 (BTR0)和總線定時寄存器1(BTRl)設置波特率；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)來設置接收緩沖器FIF0的起始地址；清除發(fā)送錯誤計數(shù)寄存器(TXERR)；清除錯誤代碼捕捉寄存器(ECC)，最后再次選擇方式寄存器(MOD)，設置單濾波，并返回工作狀態(tài)。

4．2 RS232報文發(fā)送

AT89C52內(nèi)含一組全雙工串行傳輸界面，可同時接收或傳輸外部數(shù)據(jù)，其信號為TTL電平。由于與標準的RS232界面不兼容，須加電平準轉(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，在設定通訊協(xié)議模式后，通過指令“MOV SUBF,A”就可將存儲在SBUF暫存器內(nèi)的數(shù)據(jù)由引腳TXD串行傳輸。

4．3 RS232報文接收

AT89C52串行傳輸控制暫存器是由特殊控制暫存器SCON控制，SCON設定串行傳輸工作模式，發(fā)送接收時其第9位及發(fā)送接收時中斷指示工作。通過指令“MOV A,SBUF”則將外界串行信號經(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報文發(fā)送

根據(jù)CAN協(xié)議，報文傳輸是由獨立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文傳輸?shù)桨l(fā)送緩沖器，將命令寄存器中的“發(fā)送請求”置1，然后啟動SJAl000發(fā)送即可。

4．5 CAN報文接收

CAN報文接收子程序負責節(jié)點的報文接收和其他情況的處理。接收子程序在結構上要比發(fā)送子程序復雜一些，因為在接收報文時，要對同處理諸如總線關閉、錯誤報警、接收溢出等情況。SJAl000報文接收和發(fā)送有兩種方式：中斷方式和查詢方式。查詢方式應禁止接收中斷使能，而中斷方式一般用于實時性要求較高的情況。

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

5 結語

本系統(tǒng)設計采用SJAl000作為CAN獨立控制器，以CAN／RS232智能電平轉(zhuǎn)換器為實例，論述了CAN總線與單片機之間的接口連接，對CAN總線的實際應用具有一定的參考價值。