can總線應用例子(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 智能節點 CAN(Controller Area Network)總線，即控制器局域網。由于具有高性能、高可靠性以及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視。德國的Bosch公司最初為汽車監控和控制系統設計了CAN總線，現在，其應用已面向過程工業、機械工業、紡織工業、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及傳感器等領域發展。CAN總線已經形成國際標準，并已經公認為是最有前途的現場總線之一。CAN總線規范已經被國際標準化組織制訂為國際標準ISOll898，并得到眾多半導體器件廠商的支持，推出各種集成有CAN協議的產品。CAN總線系統智能節點是網絡上報文的接收和發送站，一般由單片機和CAN控制器或二者合二為一組成。 MCP2510是Microchip公司生產的一種獨立的可編程CAN控制器芯片。本文將介紹新型的獨立CAN通信控制器MCP2510，并給出其在CAN總線系統智能節點中的應用實例。1 MCP2510芯片介紹 MCP2510是一種帶有SPI接口的CAN控制器，DIP封裝如圖l所示。它支持CAN技術規范V2．OA／B。能夠發送或接收標準的和擴展的信息幀，同時具有接收濾波和信息管理的功能。MCP2510通過SI接口與MCU進行數據傳輸，最高數據傳輸速率可達5Mbps，MCU可通過MCP2510與CAN總線上的其他MCU單元通信。MCP25lO內含3個發送緩沖器和2個接收緩沖器，同時還具有靈活的中斷管理能力，這些特點使得MCU對CAN總線的操作變得非常簡便。1．1 MCP2510的主要特點 ◇支持CANV2．OA／B； ◇具有SPI接口，支持SPI模式0，O和l，1； ◇內含3個發送緩沖器和2個接收緩沖器，可對其優先權進行編程； ◇具有6個接收過濾器，2個接收過濾器屏蔽； ◇具有靈活的中斷管理能力； ◇采用低功耗CMOS工藝技術，其工作電壓范圍為3．0～5．5V，有效電流為5mA，維持電流為10μA； ◇工作溫度范圍為40～+125℃。 結構及工作原理 MCP25lO有PDIP、SOIC和TSSOP三種封裝形式。圖2是MCP2510的內部結構框圖。CAN協議機負責與CAN總線的接口，SPI接口邏輯用于實現同MCU的通信，而寄存、緩沖器組與控制邏輯則用來完成各種方式的設定和操作控制。現結合其工作過程將各部分的功能、原理作一介紹。(1)收發操作 MCP2510的發送操作通過3個發送緩沖器來實現。這3個發送緩沖器各占據14字節的SRAM。第1字節是控制寄存器TXBNCTRL，該寄存器用來設定信息發送的條件，且給出了信息的發送狀態；第2～6字節用來存放標準的和擴展的標識符以及仲裁信息；最后8字節則用來存放待發送的數據信息。在進行發送前，必須先對這些寄存器進行初始化。(2)中斷管理 MCP2510有8個中斷源，包括發送中斷、接收中斷、錯誤中斷及總線喚醒中斷等。利用中斷使能寄存器(CANINTE)和中斷屏蔽寄存器(CANINTF)可以方便地實現對各種中斷的有效管理。當有中斷發生時，INT引腳變為低電平并保持在低電平，直到MCU清除中斷為止。(3)錯誤檢測 CAN協議具有CRCF錯誤、應答錯誤、形式錯誤、位錯誤和填充錯誤等檢測功能。MCP2510內含接收出錯計數器(REC)和發送出錯計數器(TEC)兩個錯誤計數器。因而對網絡中的任何一個節點來說，都有可能因為錯誤計數器的數值不同而使其處于錯誤一激話、錯誤一認可和總線一脫離3種狀態之一。2 MCP2510在智能節點中的應用實例 利用MCP2510和CAN總線收發器TJAl050可構成一個CAN總線分布式測控網絡。系統可包括一個主控制器和多個節點控制器，這種節點控制器可對電動機的電流、電壓及周圍的溫度進行監控，其結構如圖3所示。 這種網絡拓撲結構采用了總線式結構和無源抽頭連接，且結構簡單、成本低，因而系統的可靠性較高。其信息傳輸采用CAN通信協議，通信介質采用雙絞線。由于CAN總線是基于發送報文的編碼，不對CAN控制節點進行編碼，故系統的可擴充性比較好，同時增刪CAN總線上的控制節點不會對系統的其余節點造成任何影響。 節點控制器的MCU可選用具有SPI接口的微處理器，也可采用不帶SPI接口的微處理器。本系統采用的是不帶SPI接口的微處理器AT89C5l。AT89C51可通過P1口與CAN控制器的SPI接口直接相連，并用軟件算法來實現SPI接口協議。CAN總線收發器TJAl050則作為MCP2510與物理總線的接口。如果需要進一步提高系統的抗干擾能力，則可在MCP2510和TJAl050之間再加一個光電隔離器。 智能節點電路原理圖如圖4所示。2．1 軟件設計 MCP2510正常工作之前，需要進行正確的初始化，包括設置SPI接口的數據傳輸速率、CAN通信的波特率、MCP25lO的接收過濾器和屏蔽器以及發送和接收中斷允許標志位等。與SJAl000不同的是，單片機對MCP2510的接收緩沖器和發送緩沖器的操作，必須通過SPI接口用MCP25lO內置讀寫命令來完成。其讀、寫命令時序圖如圖5和圖6所示。 本文中MCP2510主要采取中斷模式進行總線數據的接收和發送。整個系統主序提供兩種中斷：定時器中斷和外部中斷。定時器中斷的中斷子程序主要負責處理來自模擬通道AINO～AIN7的A／D數據，向MCP25lO發送“數據發送請求命令”以及發送數據。外部中斷的中斷處理子程序主要包括CAN總線錯誤處理子程序和數據接收子程序。2．2 軟件主體設計流程 軟件主體設計流程如圖7所示。軟件設計時需要注意以下問題： ①因為MCP2510在初始化完成后處于默認Configuration模式下，所以就需要在MCP2510的初始化完后將其置為Normal模式，否則MCP2510將一直停留在Configuration模式下，不能正常進行工作。將MCP2510置Normal模式可通過使用MCP2510內置的BitModify(位修改)4指令向CANCTRL控制字寫入一個0字節來實現。 ②在對MCP2510進行任何操作之前，都要由微處理器向MCP2510的片選CS輸出一個低電平，使得MCP2510選通。 ③在執行MCP2510的“讀”操作時，發送完讀指令及其地址碼之后，仍然需要向MCP2510提供時鐘，以接收“讀”到的數據。可以通過向MCP2510發送一個O字節來實現。 ④在對MCP2510完成任意操作后，都要延時一段時間，使其有足夠的時間來準備接收下次操作的命令，防止出現MCP2510“忙”的情況。3 總 結 CAN總線已被公認為是最有前途的幾種現場總線之一。因其性價比高、實現簡單等突出優點深受越來越多的研發人員的青睞。本文的智能節點可聯結多個集散控制系統，其軟硬件電路的設計方法同樣適合于其他基于CAN總線的分布式控制系統的節點設計。 21IC中國電子網 → 應用 → 單片機 詳文窗體頂端電子工程周刊： Error! Reference source not found.　Error! Reference source not found. ←自動接收新聞，資料，設計應用 窗體底端基于μPD780822型單片機的客車CAN總線燈光節點設計與實現[日期：2008222]來源：國外電子元器件 作者：于劍峰，李軍偉，高 松，高小群[字體：大 中 小] 摘要：采用μPD780822型單片機的CAN總線技術實現客車車燈控制和工作狀態檢測。介紹CAN總線和智能開關在客車車燈控制系統中的應用。給出節點的硬件設計方案，介紹節點控制軟件的設計及實現。關鍵詞：單片機；μPD780822；CAN總線；智能開關；節點 1 引言 CAN(Controller Area Network)是德國Bosch公司最先提出的，是目前汽車控制器局域網中最流行、最常用的總線。它的主要特點是：CAN總線為多主站總線，各節點均可在任意時刻主動向網絡上的其他節點發送信息，不分主從，通信靈活；CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術，優先級高的節點先傳送數據，能滿足實時性要求；CAN總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數據的功能；CAN總線上每幀有效字節數最多為8個，并有CRC及其他校驗措施，數據出錯率極低，某個節點出現嚴重錯誤，可自動脫離總線，總線上的其他操作不受影響；CAN總線只有2條導線，系統擴充時可直接將新節點掛在總線上，因此走線少，系統容易擴充，改型靈活；CAN總線傳輸速度快，在傳輸距離小于40 m時，最大傳輸速率可達1 Mb/s。CAN總線的應用不僅能簡化線束，實現傳感器共享，降低系統成本，而且能大大降低車輛的故障率。CAN總線在汽車上的應用是現代汽車技術的發展趨勢。2 CAN總線在汽車中的應用 目前，汽車中的網絡連接主要采用2條CAN總線，一條是驅動系統的高速CAN總線，速率達500 kb/s，另一條是車身系統的低速CAN總線，速率是100 kb/s。驅動系統的CAN主要連接對象是發動機控制器(ECU)、ASR及ABS控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等，其基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關的系統。車身系統的CAN主要連接對象是4門以上的中控門鎖、電動車窗、后視鏡和車廂內照明燈等。有些先進的轎車除了上述2條CAN總線外，還會有第3條CAN總線，它的主要連接對象是衛星導航及智能通信系統。 在國外尤其是在歐洲，CAN已成為現代汽車中必不可少的裝置，CAN總線技術正日趨成熟，應用也越來越廣，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用CAN作為控制器聯網的技術。國內對CAN總線的研究剛剛起步，到目前為止還沒有較成功的應用。但我國對車輛局域網絡總線技術的研究與開發非常重視，最近國家有關部門對CAN總線在豪華大客車上的應用做出明確規定。相信這一政策的出臺必將大大促進相關企業和科研單位對汽車CAN總線的研究與開發應用。本文討論客車車身CAN總線系統中的車燈節點設計，它屬于低速CAN總線上的節點設計。3 單片機及其CAN總線模塊 NEC是僅次于Freescale的世界第二大車用單片機制造商，由于其在中國推廣的比較晚，國內企業使用得并不多。CAN總線模塊是μPD780822型單片機的一個外設，是一個完整的CAN控制器。可滿足車身CAN總線網絡的要求。除了具有CAN的基本功能外，還包括一些特有功能，如時間同步功能、可編程的CAN總線喚醒和CPU喚醒功能、可編程的總線關閉時發送底層復位功能等。對CAN總線的訪問分為控制/狀態寄存器的訪問和發送/接收緩沖器的訪問。 CAN控制器發送的信息幀分為二種：發送數據幀和發送遠程幀。有二個發送緩沖器，其中一個為16字節，一個為8字節。16字節的緩沖器可以存儲標準幀和擴展幀二種格式的數據幀，8字節的緩沖器可以用來存儲要發送的數據。發送數據幀時，在數據寫到發送緩沖器后，如果相應的發送請求位使能，則數據被發送到CAN總線上，數據幀的數據可以用軟件設置成1～8個字節。數據幀的格式如圖1所示。 CAN控制器接收信息時首先要將接收信息的標識符與相應緩沖器的標識符進行比較，只有標識符相同的信息才能被接收。μPD780822型單片機的CAN模塊有2個獨立的發送緩沖器，2個緩沖器共用1個16字節的數據區來存儲最多8字節數據的CAN幀。發送區和接收區的結構相似，當標志位和控制位沒有設置為CAN專用時，CPU可以把其作為普通的數據存儲區使用。 控制器接收緩沖器有16個，接收信息幀時用的緩沖器區由信息數量寄存器(MCNT)決定。從總線上接收的信息被直接存儲在發送緩沖區中。工作中沒有使用的接收緩沖區可以被CPU作為普通的RAM使用。每個接收緩沖器都有其可編程的中斷使能位。4 網絡結構和節點 客車車身CAN系統包括主控節點、燈光節點、空調節點、車門節點和儀表節點等，如圖2所示。其中，前車燈節點控制包括前左、右示廓燈，前左、右位燈，前左、右遇險報警燈，前左、右駐車燈，左、右前照燈遠光，左、右前照燈近光，前左、右霧燈和前左、右轉向燈等16個控制單位。后車燈節點控制包括后左、右示廓燈，后左、右轉向燈，后左、右制動燈，后左、右位燈，后左、右霧燈和后左、右倒車燈等12個控制單位。主控節點主要接收來自駕駛員的一些開關輸入信號。儀表節點主要通過接收總線上的數據來控制方向、水溫、機油壓力、制動、車門、車燈、ABS/ARS和除霜等指示燈和控制儀表，以顯示車速、發動機轉速、水溫、燃油、機油、電壓、步進電機等數值。空調節點控制空調的開關和車內溫度的設定等。車門和后視鏡節點控制車門電磁閥開關、后視鏡調整開關和后視鏡加熱開關。安全節點監控ABS和ECAS的電源。5 硬件電路設計 燈光節點的硬件結構如圖3所示，它包括燈光控制模塊和CAN接口模塊。燈光控制模塊由TLP5214型光電隔離器和BTS44BTS740型智能開關組成。TLP5214是4路光電隔離器，8個TLP5214組成32路光電隔離，把傳遞到開關和開關反饋的信號與單片機連接起來。BTS442是Infineon公司生產的單路輸出智能開關(PROFET)，具有允許較大瞬態電流(140 A以上)和較寬泛的溫度范圍(55℃～+150℃)等優點，6個BTS442組成6路控制開關，控制大燈和霧燈等6個大電流負載。BTS740是lnfineon公司生產的4路輸出智能開關，把輸出的2路并作1路用，使其通過較大的瞬時電流。5個BTS740組成10路控制開關用以控制其余的小電流負載。BTS442和BTS740都有診斷反饋功能，如果出現錯誤，BTS442的第4引腳和BTS740的第4引腳與第8引腳上會出現一個低電平信號，通過光電隔離器把該信號接入單片機，實現端點檢測功能，并通過CAN信息幀反饋到儀表節點上。所有節點的硬件CAN接口模塊都相同，包括燈光節點在內。由于這種單片機帶有