基于CAN總線和單片機的應用方案和分析

1 前言

CAN 是國際上應用很廣泛的一種現(xiàn)場總線，MCS96 系列單片機是目前在工業(yè)界推廣應用較廣泛的嵌入式控制器，其87C196CA 單片機內(nèi)核本身帶有CAN 控制器，支持標準和擴展的信息幀，即遵循CAN2.0A 和CAN2.0B 協(xié)議。由此而構(gòu)成的CAN 總線支持分布式控制和實時控制，其串行通信方式靈活可靠，傳輸距離較遠。由于CAN 總線具有通信速率高、工作可靠性高、現(xiàn)場抗干擾能力強、網(wǎng)絡連接方便和性能價格比高等優(yōu)點，在汽車發(fā)動機控制部件、汽車抗滑系統(tǒng)、工業(yè)自動化、機床、電梯控制等領域得到了較為廣泛的應用。

2 硬件構(gòu)成

2. 1 CAN 總線連接

基于CAN 總線的兩個87C196 單片機網(wǎng)絡聯(lián)接時，分別將單片機的CAN接收、發(fā)送兩根線通過PCA82C250 CAN總線收發(fā)器聯(lián)接到CAN總線上，構(gòu)成多微控制器CAN總線連接。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，其總線連接如圖1 所示。

圖1 CAN 總線連接

該網(wǎng)絡最高通信速率為1Mbit/s ，當傳輸速率為5Kbit/s時，最大通信距離可達10Km。在其CAN 總線上可掛接多達110 個網(wǎng)絡節(jié)點，而網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息。其數(shù)據(jù)傳輸和接收可以是點對點、一點對多點或全局廣播等方式進行。

2. 2 87C196CA 單片機

87C196CA 是集成CAN2.0B總線控制器的高性能16 位微處理器，特別適用于現(xiàn)場實時事件控制和分布式控制。片內(nèi)的CAN 控制器與Intel 82527獨立CAN 控制器在軟件上是兼容的，每個CAN 控制器的輸入、輸出引腳由二根雙絞線聯(lián)接到CAN總線上。CAN 控制器由一個輸入引腳（RXCAN） 、一個輸出引腳（ TXCAN） 、控制和狀態(tài)寄存器，錯誤探測和管理邏輯組成。圖2 為CAN 控制器方框圖。

圖2 CAN 控制器方框圖

2. 3 CAN 總線收發(fā)器

PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口，是影響網(wǎng)絡性能的關鍵因素。它對總線提供差動發(fā)送能力，并對CAN控制器提供差動接收能力，其最高傳輸速率可達1Mbit/s。其主要特點是芯片內(nèi)部具有限流電路，可以防止輸出級對電源、地或負載短路;由于采用差動接收發(fā)方式，因此有較強的抗電磁干擾能力;具有低電流節(jié)電待機工作模式;該CAN總線收發(fā)器至少可以連接110個節(jié)點。利用PCA82C250還可以方便地在CAN控制器與驅(qū)動器之間建立光電隔離，以實現(xiàn)總線上各節(jié)點間的電氣隔離。

3 通訊軟件

對于通過CAN 總線連接的單片機之間的通訊軟件編程需要定義一系列的控制字，并在兩個單片機上進行配置。即首先進行上電初始化，定義CAN控制寄存器，定義位定時寄存器選擇CAN 的通訊速率，定義信息體屏蔽寄存器選擇接收對象。其次對信息體進行初始化，分別定義兩個信息體工作模式、發(fā)送字節(jié)數(shù)、選擇CAN2.0A 或CAN2.0B 方式。其程序代碼：

/ ＊CAN 控制器初始化＊/

can_con = 0x41 ; / ＊CAN 控制器CCE 位置1 ，

則可以定義CAN 定器＊ /

can_ btime0 = 0x41 ; /＊ 定義CAN 定時器為

250 Kb/ s ＊ /

can_btime1 = 0x67 ;

can_con = 01 ; / ＊允許對CAN 控制器進行軟

件初始化＊ /

can_sgmsk = 0x0 ; / ＊ 定義標準CAN 通訊格

式的屏蔽控制字，所有位都不濾紙＊/

can_msg1con0 = 0x55 ; / ＊ 信息體1 控制器0

初始化＊ /

can_msg1con1 = 0x55 ; / ＊ 信息體1 控制器1

初始化＊ /

can_msg1cfg = 0x88 ; / ＊定義信息體1 為發(fā)

送，發(fā)送8 字節(jié)，標準CAN 格式＊ /

can_msg1id = 0xc8c8c8c8 ; / ＊ 信息體1 標識

寄存器初始化標識符為c8c8c8c8 ;

can_ msg1con0 = ox95 ; / ＊ 信息體1 控制器

0MSGVAL 位置1 ，標明信息體1 有效＊ /

can_msg2con0 = 0x55 ; / ＊ 信息體2 控制器0

初始化＊ /

can_msg2con1 = 0x55 ; / ＊信息體2 控制器1

初始化＊ /

can_msg2cfg = 0x80 ; / ＊定義信息體2 為接

收，接收8 字節(jié)，標準CAN 格式＊ /

can_msg2id = 0xc8c8c8c8 ; / ＊信息體2 標識

寄存器初始化標識符為c8c8c8c8 ＊/

can_ msg2con0 = ox95 ; / ＊ 信息體2 控制器

0MSGVAL 位置1 ，標明信息體2 有效 ＊/

can_con = 0x02 ; / ＊ CAN 控制器軟件初始化

完成＊/

/ ＊發(fā)送8 字節(jié)數(shù)據(jù)： ＊ /

can_msg1con1 = 0x5a ; / ＊ CPUUPD 置1 ，使

軟件刷新數(shù)據(jù)，NEWDA T 置1 使信息置1 使信息

體有效＊ /

can_msg1data0 = 0x00 ; / ＊ 給信息體1 第1 個

數(shù)據(jù)賦值＊ /

can_msg1data1 = 0x11 ; / ＊ 給信息體1 第2 個

數(shù)據(jù)賦值3＊/

can_msg1data2 = 0x22 ; / ＊ 給信息體1 第3 個

數(shù)據(jù)賦值 ＊/

can_msg1data3 = ox33 ; / ＊ 給信息體1 第4 個

數(shù)據(jù)賦值＊ /

can_msg1data4 = 0x44 ; / ＊ 給信息體1 第5 個

數(shù)據(jù)賦值＊ /

can_msg1data5 = 0x55 ; / ＊ 給信息體1 第6 個

數(shù)據(jù)賦值＊ /

can_msg1data6 = 0x66 ; / ＊ 給信息體1 第7 個

數(shù)據(jù)賦值＊/

can_msg1data7 = ox77 ; / ＊給信息體1 第8 個

數(shù)據(jù)賦值＊/

/ ＊接收8 字節(jié)數(shù)據(jù)： ＊/

can_msg2cfg = 0x80 ;

can_msg2id = oxc8c8c8c8 ;

can_msg2con1 = 0x55 ;

can_msg2con0 = 0x99 ;

4 結(jié)束語

基于CAN 總線的16 位87C196CA 單片機串行通訊，由于運用CAN 總線技術，使電路設計簡化、緊湊、極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、實時性，系統(tǒng)抗干擾性能強，成本較低，性能安裝比高、安裝維護簡潔方便，更適于車輛控制、工廠自動化控制、電梯控制、醫(yī)療設備等，具有非常廣闊的應用前景。

責任編輯：gt