CAN總線的教學實驗系統(tǒng)的研究

【摘要】論文詳細介紹了基于CAN總線的教學實驗系統(tǒng)的研究和開發(fā)整個過程。首先分析了CAN總線協(xié)議的技術規(guī)范，對廣泛采用的SJA1000控制器及在Pelican操作模式下各種寄存器功能進行說明，并總結歸納了MCS-51、PIC系列和ARM系列幾大類目前用于CAN總線開發(fā)的單片機芯片資料。

【關鍵詞】CAN總線；實驗系統(tǒng)；單片機

CAN總線的兩層協(xié)議固化在它的相關芯片中，主要是總線控制器和總線收發(fā)器。CAN總線控制器具有完成CAN通信協(xié)議所要求的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的幾乎所有的功能。發(fā)展到今天，已經(jīng)有多個廠家的各種類型的產(chǎn)品。既有獨立的CAN控制器芯片，如Philip的SJA1000，又有集成到微控制器中的控制器芯片，如8位的Philip的P8XC59X系列芯片，16位的Motorola的68HC912系列以及32位的Motorla的MC6837X系列芯片和帶CAN的DSP芯片，如T1的TMS320LF24系列芯片。前者比較靈活，可以與多種類型的單片機、微型計算機的各類標準總線進行接口組合。后者在許多特定情況下，使電路設計簡化和緊湊，效率提高。

一、CAN實驗模塊中的單片機

單片機把運算和控制所需要的最基本的部件都集成在統(tǒng)一塊芯片上，并可在上面運行各種事先編好的軟件指令來使單片機分析各種不同的情況、控制各種外部設備或執(zhí)行不同的工作。用單片機構成的電路往往具有體積小、成本低、功能強、可靠性高、功耗低、電路簡潔、開發(fā)和改進容易等一系列優(yōu)點，因此具有優(yōu)異的性能價格比，從而使它得到了越來越廣泛的應用。單片機的應用意義不僅僅限于它的應用范疇或由此帶來的經(jīng)濟利益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設計思想，賦予了受控對象智能化特征，是控制技術上的一次飛躍。獨立的CAN控制器芯片需要外接一個微處理器，接受外部CPU的控制才能運行。考慮到與MCS-51系列兼容的單片機在市場上占很大的份額，簡要介紹帶CAN控制器的Philip單片機的P8XC591。P8XC591是一個單片8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制，采用了強大的80C51指令集并成功地包括了SJA1000的PeliCAN功能。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復而不會丟失數(shù)據(jù)，改進的1：1內(nèi)部時鐘分頻器在12MHZ外部時鐘速率時實現(xiàn)500ns指令周期。

P8XC591在80C51和SJA1000基礎上增加的特點和功能：16KB內(nèi)部程序存儲器；512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM；3個16位定時、計數(shù)器T0、T1、T2；CAN控制器；帶6路模擬輸入的10位ADC，可選擇快速8位ADC；2個8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出PWM；帶字節(jié)方式主、重功能的I2C總線串行IO口；片內(nèi)看門狗定時器T3；保密位，32字節(jié)加密陣列；4個中斷優(yōu)先級，15個中斷源；雙DPTR；可禁止ALE實現(xiàn)低EMI；軟件復位、上電檢測復位；ONCE在線仿真模式。增強的CAN接收中斷；擴展的驗收濾波器；驗收濾波器可在運行中改變。

二、CAN總線實驗系統(tǒng)及節(jié)點設計

（1）本課題的研究擬在基于CAN總線技術基礎上搭建教

學實驗臺系統(tǒng)。第一階段從常用的CAN點通信的基本原理、協(xié)議與實踐入手，硬件軟件知識相結合，搭建起分布式CAN節(jié)點系統(tǒng)。第二段進行CAN總線與上位機PC通信研究。直至形成完整系統(tǒng)的CAN實驗平臺研制。（2）結合實驗的具體情況，學生可分為若干實驗小組，每個小組負責不同的現(xiàn)場設備即節(jié)點的現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制，各個實驗小組面對節(jié)點的不同傳輸方式、不同種類、不同格式的信息，實現(xiàn)基于AN協(xié)議標準下的通信。（3）由于CAN總線可以掛接110個節(jié)點，易于實驗內(nèi)容的擴展，對實驗內(nèi)容的不斷創(chuàng)新及高實驗效率提供了基礎。學生可通過查閱資料、設計實驗方案、實驗步驟、實驗內(nèi)容，自行選用驗儀器設備，根據(jù)實際需要獨立設計和調(diào)試較復雜的機電控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮在實驗中的主動性。（4）系統(tǒng)設計應在保證系統(tǒng)可靠工作和降低成本的條件下，具有通用性、實時性和可擴展性等特點。讓學生從軟硬件兩方面了解CAN總線設計應用的整個過程，使學生通過掌握CAN總線這一先進技術的原理和基本實驗基礎上，對所學的相關知識綜合有一個清晰的認識。

三、總結

設計開發(fā)的CAN實驗節(jié)點通信模塊具有結構合理，可靠性高，易于擴展等特點，學生可在此實驗系統(tǒng)上完成CAN通信基本實驗，了解CAN應用系統(tǒng)基本的開發(fā)與調(diào)試步驟，掌握CAN-bus網(wǎng)絡的一般通訊協(xié)議，掌握BasicCAN與PeliCAN模式，初始化/幀發(fā)送/幀接收，通訊速率設置，驗收濾波設置等等。實現(xiàn)點到點或者一點到多點及廣播方式的單幀與多幀，標準幀與擴展幀，數(shù)據(jù)幀與遠程幀的接收發(fā)送，使學生獲得對CAN總線的直觀認識和了解，為今后的應用打下堅實基礎。

參 考 文 獻

[1]饒運濤，鄒繼軍等．現(xiàn)場總線CAN原理與應用技術[M]．北京：北京航空航天出版社，2003（12）：56～72，154～155

[2]夏石頭．開放研究型專業(yè)實驗室管理的改革與探索[J]．實驗室研究與探索．2004，23（2）