基于can總線的單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)答，無錯(cuò)誤標(biāo)志）； *支持熱插拔（無干擾軟件驅(qū)動(dòng)位速檢測）； *硬件禁止 CLKOUT輸出。 下面只介紹 Basic CAN模式，對(duì)于 Peli CAN模式請(qǐng)查看參考文獻(xiàn) [1]。 SJA1000復(fù)位，默認(rèn)為 Basic CAN械，或者通過時(shí)鐘分頻寄存器的 CAN模式位來選擇模式。此位清零時(shí)，為Basic CAN模式；置位時(shí)，為 Peli CAN模式。在 Basic CAN模式下，對(duì) SJA1000進(jìn)行控制以及收發(fā)數(shù)據(jù)， 都是通過對(duì) SJA1000內(nèi)部寄存器的讀 /寫訪問來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于單片機(jī)而言，操作 SJA1000就像訪問外部 RAM一樣簡單。有兩種模式 可以對(duì) SJA1000 的內(nèi)部寄存器訪問，而在這兩種模式下對(duì)其寄存器的訪問是有區(qū)別的。這兩種模式分別是復(fù)位模式和工作模式。當(dāng)硬件復(fù)位，或控制器掉線，或置位復(fù)位請(qǐng)求位時(shí)， SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式；而當(dāng)清除復(fù)位請(qǐng)求位時(shí)， SJA1000進(jìn)入工作模式。 SJA1000的寄存器分布于 0～ 31連續(xù)的地址空間中。這 32個(gè)字節(jié)可分為控制段（ 10字節(jié)）、發(fā)送緩沖器段（ 10字節(jié)）、接收緩沖器段（ 10字節(jié)）、時(shí)鐘分頻器和 1 個(gè)無效字節(jié)。在復(fù)位模式下可寫的寄存器為控制段的控制寄存器、命令寄存器、接收代碼寄存器、屏蔽寄存器、總線時(shí)序 0、總 線時(shí)序 輸出控制寄存器，還包括接收緩沖器和時(shí)鐘分頻器；而在工作模式下可寫的寄存器為控制寄存器、命令寄存器、發(fā)送緩沖器段、接收緩沖器段和時(shí)鐘分頻器。 下面根據(jù)應(yīng)用需要具體介紹 SJA1000的控制寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器。 （ 1）控制寄存器（ CR） 控制寄存器位于 SJA1000 寄存器區(qū)的 0 地址，用來設(shè)置 CAN 總線的模式和各種中斷。其各位的意義如表 1所列。 表 1 控制寄存器各位說明（ CR）： CAN地址 0 位 符號(hào) 名稱 值 功 能 CR7 保留 CR6 保留 CR5 保留 CR4 OIE 溢出中斷使能 1 使能。如果置位數(shù)據(jù)溢出位，微控制器接收溢出中斷信號(hào) 0 禁止。微控制器不從 SJA1000接收溢出中斷信號(hào) CR3 EIE 錯(cuò)誤中斷使能 1 使能。若出錯(cuò)或總線狀態(tài)改變，此中斷信號(hào)有效 0 禁止。微控制器不從 SJA1000接收錯(cuò)誤中斷信號(hào) CR2 TIE 發(fā)送中斷使能 1 使能。當(dāng)信息被成功發(fā)送或發(fā)送緩沖器又被訪問時(shí)，產(chǎn)生中斷信號(hào) 0 禁止。微控制器不從 SJA1000接收發(fā)送中斷信號(hào) CR1 RIE 接收中斷使能 1 使能。信息被無錯(cuò)誤接收時(shí)，產(chǎn)生此中斷信號(hào) 0 禁止。此中斷信號(hào)被禁止 CR0 RR 復(fù)位請(qǐng)求 1 當(dāng)前。 SJA1000 檢測到復(fù)位請(qǐng)求后，忽略當(dāng)前發(fā)送 /接收信息，進(jìn)入復(fù)位模式 0 空缺。復(fù)位請(qǐng)求位接收到一個(gè)下降沿后， SJA1000回到工作模式 在 硬啟動(dòng)或總線狀態(tài)位設(shè)置為 1（總線關(guān)閉）時(shí)，復(fù)位請(qǐng)求位被置為 ，微控制器不能把復(fù)位請(qǐng)求位置為 0。如果要把復(fù)位請(qǐng)求位置為 0，微控制器必須先檢查這一位，以確定外部復(fù)位引腳不為低電平。復(fù)位請(qǐng)求位被設(shè)為 0后， SJA1000將會(huì)等待： （ 11個(gè)弱勢位），如果前一次復(fù)位請(qǐng)求是硬件復(fù)位或 CPU初始復(fù)位； 128個(gè)總線空閑，如果前一次復(fù)位請(qǐng)求是 CAN控制器在重新進(jìn)入總線開啟模式前初始化總線造成的。 （ 2）命令寄存器（ CMR） 命令寄存器對(duì)微控制來說是只寫存儲(chǔ)器。在復(fù)位模式和工作模式下 都可對(duì)此寄存器進(jìn)行訪問，但是讀這個(gè)地址返回值是 “11111111” 。表 2是命令寄存器各位的說明。將睡眠模式位置為 1， SJA1000進(jìn)入睡眠模式，此時(shí)沒有總線活動(dòng)，沒有中斷等待。 。如果數(shù)據(jù)溢出位被置位，就不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出中斷了。在釋放接收緩沖器命令的同時(shí)，可以發(fā)出清除數(shù)據(jù)溢出命令。讀 接收緩沖器之后，微控制器可以通過設(shè)置釋放接收緩沖器為 1，來釋放接收隊(duì)列當(dāng)前信息的內(nèi)存空間。 （ 3）狀態(tài)寄存器（ SR） 狀態(tài)寄存器對(duì)微控制器來說是只讀存儲(chǔ)器，表 3 是狀態(tài)寄存器各位的 功能說明。當(dāng)傳輸錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過限制（ 255）（總線狀態(tài)位置 1，即總線關(guān)閉）， CAN控制器就會(huì)將復(fù)位請(qǐng)求位置 1，在錯(cuò)誤中斷允許的情況下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤中斷。這種狀態(tài)會(huì)持續(xù)到 CPU 清除復(fù)位請(qǐng)求位。對(duì)于錯(cuò)誤狀態(tài)位，當(dāng)至少有一個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器滿或超出 CPU警告限制（ 96）時(shí)，錯(cuò)誤狀態(tài)位被置位。在中斷使能的情況下，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷。 表 2 命令寄存器各位的功能說明（ CMR）： CAN地址 1 位 符號(hào) 名稱 值 功 能 保留 保留 保留 GTS 睡眠 1 睡眠。若沒有 CAN中斷等待和總線活動(dòng)， SJA1000進(jìn)入睡眠模式 0 喚醒。清除數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)位 CDO 清除數(shù)據(jù)溢出 1 清除。清除數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)位 0 無動(dòng)作 RRB 釋放接收緩沖器 1 釋放。接收緩沖器存放信息的內(nèi)存空間將被釋放 0 無動(dòng)作 AT 忽略發(fā)送 1 當(dāng)前。若不是在處理過程中，等待處理的發(fā)送請(qǐng)求將取消 0 空缺。無動(dòng)作 TR 發(fā)送請(qǐng)求 1 當(dāng)有。信息被發(fā)送 0 空缺。無動(dòng)作 表 3 狀態(tài)寄存器各位的功能說明（ SR）： CAN地址 2 位 符號(hào) 名稱 值 功 能 BS 總線狀態(tài) 1 總線關(guān)閉。 SJA1000退出總線活動(dòng) 0 總線開啟。 SJA1000加入總線活動(dòng) ES 出錯(cuò)狀態(tài) 1 出錯(cuò)。至少出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器滿或超過 CPU報(bào)警限制 0 正常。兩個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器都在警限制以下 TS 發(fā)送狀態(tài) 1 發(fā)送。 SJA1000在傳送信息 0 空閑。沒有要發(fā)送的信息 RS 接收狀態(tài) 1 接收。 SJA1000正在接收信息 0 空閑。沒有可接收的信息 TCS 發(fā)送完畢狀態(tài) 1 完畢。最近一次發(fā)送請(qǐng)求被成功處理 0 未完畢。當(dāng)前發(fā)送請(qǐng)求未處理完畢 TBS 發(fā)送緩沖器狀態(tài) 1 釋放。 CPU可以向發(fā)送緩沖器寫信息 0 鎖定。 CPU不能訪問發(fā)送緩沖器，有信息正在等待發(fā)送或正在發(fā)送 DOS 數(shù)據(jù)溢出狀態(tài) 1 溢出。信息丟失，因?yàn)?RXFFIFO中沒有足夠的空間來存儲(chǔ) 0 空缺。自從最后一次清除數(shù)據(jù)溢出命令執(zhí)行，無數(shù)據(jù)溢出發(fā)生 RBS 接收緩沖 器狀態(tài) 1 滿。 RXFIFO中有可用信息 0 空。無可用信息 （ 4）中斷寄存器（ IR） 通過中斷寄存器可識(shí)別中斷源。當(dāng)寄存器的 1位或多位被置位時(shí)， INT（低電平有效）引腳被激活。寄存器被微控制器讀過之后，所有會(huì)導(dǎo)致 INT 引腳上的電平變化的位被復(fù)位。中斷寄存器對(duì)微控制而言是只讀存儲(chǔ)器。中斷寄存器各位的功能說明如表 4所列。 表 4 中斷寄存器各位的功能說明（ IR）： CAN地址 3 位 符號(hào) 名稱 值 功 能 保留 保留 保留 WUI 喚醒中斷 1 置位。退出睡眠模式時(shí)此位被置位 0 復(fù)位。微控制器的任何讀訪問將清除此位 DOI 數(shù)據(jù)溢出中斷 1 設(shè)置。當(dāng)數(shù)據(jù)溢出中斷使能位被置為 1時(shí)，向數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)位傳送 “0 1” ，此位被置位 0 復(fù)位。微控制器的任何讀訪問清除此位 EI 錯(cuò)誤中斷 1 置位。錯(cuò)誤中斷使能時(shí)，錯(cuò)誤狀態(tài)位或總線狀態(tài)位的變化會(huì)置位此位 0 復(fù)位。微控制器的任何讀訪問清除此位 TI 發(fā)送中斷 1 置位。發(fā)送緩沖器狀態(tài)從 0變?yōu)?1（釋放）和發(fā)送中斷使能時(shí)，置位此位 0 復(fù)位。微控制器的任何讀訪問清除此位 RI 接收中斷 1 置位。當(dāng)接收 FIFO不空和接收中斷使能時(shí)置位此位 0 復(fù)位。微控制器的任何讀訪問清除此位 2 SJA1000在節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用實(shí)例 該節(jié)點(diǎn)的微控制器選用了 8 位單片機(jī) AT89C51， SJA1000 作為 CAN 總線控制器，并且使用了 CAN 接口芯片82C此節(jié)點(diǎn)可直接運(yùn)用到 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，或者對(duì)此節(jié)點(diǎn)電路稍加變動(dòng)來滿足設(shè)計(jì)的要求。下面從硬件電路和軟件設(shè)計(jì)兩部分來介紹。 節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì) 圖 2是節(jié)點(diǎn)的電路原理圖。注意 SJA1000復(fù)位端的連接， AT89C51是高電平復(fù)位，而 SJA1000是低電平復(fù)位，因此復(fù)位信號(hào)要通過一個(gè)反相器與 SJA1000的復(fù)位端相連。另外 SJA1000的 11腳 MODE接高電平，選擇 Intel二分頻模式。 SJA1000的 16腳是中斷信號(hào)輸出端 ，在中斷允許情況下，有中斷發(fā)生時(shí)， 16腳出現(xiàn)由高電平到低電平的跳變，因此 16 腳可以直接與 AT89C51 的外部中斷輸入腳相連接。該設(shè)計(jì)中之所以選擇 82C250芯片，是因?yàn)槠渚哂懈咚傩裕ㄗ罡呖蛇_(dá) 1 Mbps），具有抗瞬間干擾保護(hù)總線的能力，具有降低射頻干擾的斜率控制。此外，它可以與 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，防止電池與地之間發(fā)生短路，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)掉電時(shí)，不會(huì)影響總線。在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)電路時(shí)，還要注意下面幾點(diǎn)： 通過光耦與 82C250 的連接是電流隔離的接法，這樣可以防止線路間的串?dāng)_。在總線兩端要接 2個(gè) 120Ω 的 總線阻抗匹配電阻。忽略掉它們會(huì)降低總線的抗干擾能力，甚至導(dǎo)致無法通信。 82C250的 8腳（ RS）之間接不同阻值的電阻，可選擇三種不同的工作方式：高速、斜率控制 和待機(jī)，如表 5所列。 表 5 RS 選擇的三種工作方式 RB提供條件 方 式 R8上的電壓或電流 VRS 10μA IRS200μA VRS 待機(jī)方式 斜率方式 高速方式 IRS|10μA| VRS IRS500μA 在高速工作方式下，發(fā)送器輸出晶體管簡單地以盡可能快 的速度啟閉。在這種方式下，不采取任何措施限制上升和下降斜率。建議使用屏蔽電纜以避免射頻干擾問題。通過將引腳 8接地，可選擇高速方式。 對(duì)于較低速度或較短總線長度，可用非屏蔽雙絞線或平行線作總線。為降低射頻干擾，應(yīng)限制上升和下降斜率。上升和下降斜率可通過由引腳 8至地連接的電阻進(jìn)行控制。斜率正比于引腳 8上的電流輸出。 若引腳 8加有高電平，則電路進(jìn)入低電流待機(jī)方式。在這種方式下，發(fā)送器被關(guān)掉，而接收器轉(zhuǎn)至低電流。由于在待機(jī)方式下，接收器是慢速的，因此，第一個(gè)報(bào)文將被丟失。 TX1腳懸空， RX1引 腳的電位必須維持在約 ，否則，將不能形式 CAN協(xié)議所要求的電平邏輯 3. 2CAN總線硬件接口電路設(shè)計(jì) 硬件電路的設(shè)計(jì)主要是 CAN 通信控制器與微處理器之間和 CAN 總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路的設(shè)計(jì)。 CAN通信控制器是 CAN總線接口電路的核心，主要完成 CAN的通信協(xié)議，而 CAN總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾 (RFI)，實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。 CAN總線接口電路 SJA1000 硬件接口原理圖如圖 l 所示。圖中， CAN 總線控制器 SJA1000 的 ADOAD7 連接到 AT89C51的 P0口。片選端 CS取反后連接到 AT89C51的 ，當(dāng) 1時(shí)， CPU片外存儲(chǔ)器地址可選中 SJA1000。 CPU通過這些地址可對(duì) SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀／寫操作 (即： SJA1000首地址為 8000H)。 SJA1000的 RD、WR、 ALE分別與 AT89C51的對(duì)應(yīng)引腳相連。由于 SJA1000是低電平復(fù)位，而 AT89C51是高電平復(fù)位，所以兩者的復(fù)位端接法不同。另外，當(dāng) SJA1000的 11腳 MODE接高電平時(shí)，可選擇 Intel二分頻模式。 SJA1000的 16 腳 (INT)是中斷信號(hào)輸出端，在中斷允許的情況下，有中斷發(fā)生時(shí)， 16 腳會(huì)輸出由高電平到低電平的跳變，因此將 AT89C51的外部中斷輸入腳 (INT0)與該腳相連接，即可通過中斷方式來訪問 SJA1000。為了增強(qiáng) CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用 SJA1000的具有光電隔離的 CAN總線接口。 SJA1000的發(fā)送輸出端 TX0與接收輸入端 RXO、 RX1分別經(jīng)高速集成光電耦合器 6N137隔離后，與 CAN 總線接口驅(qū)動(dòng)芯片 82C250的 TXD和 RXD相連， 82C250直接與 CAN物理總線相連。 CAN總線驅(qū)動(dòng)器 PCA82C250是 CAN控制器和物理總線之間的接口，具有可向總線的差動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)和 CAN控制器的差動(dòng)接收數(shù)據(jù)的功能。 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)節(jié)點(diǎn)電路原理圖， SJA1000的首地址為 0000H。用 MCS51匯編語言編制的初始化程序如下： CR EQU 0000H ；控制寄存器 CMR EQU 0001H ；命令寄存器 SR EQU 0001H ；命令寄存器 SR EQU 0002H ；狀態(tài)寄存器 IR EQU 0003H ；中斷寄存器 ACR EQU 0004H ；接收代碼寄存器 AMR EQU 0005H ；接收屏蔽寄存器 BTR0 EQU 0006H ；總線時(shí)序寄存器 0 BTR1 EQU 0007H ；總線時(shí)序寄存器 1 OCR EQU 0008H ；輸出控制寄存器 MOV DPTR,CR MOV A,1BH 。開放接收、出錯(cuò)、溢出中斷 MOVX @DPTR， A ；置位復(fù)位請(qǐng)求，開始初始化 MOV DPTR， ACR MOV A， 03H ；接收代碼寄存器為 03H MOVX DPTR， A INC D