基于pic18f458的can總線接口設(shè)計

　　1 引言

　　在ff、lonworks、profibus、can、hart等主流現(xiàn)場總線工業(yè)通訊技術(shù)之中，can(controller area network，又稱控制器局域網(wǎng))總線除了具備現(xiàn)場總線的開放式、互操作性、數(shù)字化通訊等特點外，還具有以下特點：(1)以多主機方式工作;(2)can上的節(jié)點信息分不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求;(3)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，節(jié)省了總線沖突仲裁時間;(4)采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾率降低，具有極好的檢錯效果;(5)每幀信息都有crc校驗及其它檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低;(6)通信介質(zhì)可靈活地選擇;(7)can上的節(jié)點數(shù)高達110個;(8)有很高的可靠性和性能價格比等。CAN總線的這些特點使得其能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需求，[1]因而can總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點。在總線系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的4-20ma的模擬輸入信號被數(shù)字信號取代，設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)等信息通過現(xiàn)場總線傳送給上位機完成遠程控制及遠程參數(shù)化，具有can總線接口的各種儀器、儀表設(shè)備通過can適配卡可實現(xiàn)與上位機的can總線通訊。

　　2 硬件設(shè)計

　　can通信的核心芯片是can控制器，can的通信協(xié)議主要是由它完成的，它可以實現(xiàn)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。can控制器有許多芯片結(jié)構(gòu)，獨立芯片的例如philips的sja1000，西門子的82c900等，還有和微處理器做在一起的嵌入型結(jié)構(gòu)。本項目根據(jù)智能化、可靠性高、抗干擾能力強、成本低等原則，can控制器采用microchip公司的PIC18F458單片機內(nèi)嵌can控制器方案。pic18f458功能強大,1536k片內(nèi)數(shù)據(jù)ram、3個16位定時/計數(shù)器、1個8位看門狗wdt定時器、8路模擬輸入的片內(nèi)ADC?？撮T狗wdt定時器用來監(jiān)視程序的運行狀態(tài)，一旦cpu由于意外原因偏離正常程序之外，wdt將強行把cpu復(fù)位，使其返回正常程序。pic18f458can模塊除遵循can總線的協(xié)議，同時也有自己的特點，主要包括：(1)支持can協(xié)議can2.0a、can2.0b;(2)支持標準幀、擴展幀、遠程幀、過載幀、錯誤幀等;(3)2個接收緩沖器、3個發(fā)送緩沖器;(4)6個接收過濾器;(5)2個屏蔽過濾器。選用功能強大的pic18f458單片機，大大簡化了電路設(shè)計，節(jié)省了成本。

　　can收發(fā)器即總線驅(qū)動器是can控制器與物理總線之間的接口，可以提供對總線的差動發(fā)送和接受功能，can總線驅(qū)動器種類有82c250/251、tja1040、tja1050等多種，適用于不同場合。philips公司的高速總線驅(qū)動器82c50，它采用雙線差分驅(qū)動，抗干擾強。can總線驅(qū)動器與單片機接線如圖1所示，為實現(xiàn)總線上節(jié)點之間的電氣隔離 can驅(qū)動器通過高速光藕6n137與pic18f458進行相連。在can總線兩端的can接頭上接入120歐匹配電阻，以消除阻抗不連續(xù)時的反射現(xiàn)象，總線與地各自并聯(lián)一個30pf的小電容,以防電磁輻射和抗高頻干擾[2]。注意在實際應(yīng)用中，節(jié)點之間的電源也要隔離，+5v隔離后才能接vcc，否則也會有干擾。

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　　圖1 82c250與pic18f458接線圖

　　3 軟件設(shè)計

　　軟件采用mplab ide7.5開發(fā)平臺及mcc18軟件，為了有利于程序的移植和修改可將程序設(shè)計成能相對獨立的子程序。can總線的各種協(xié)議已經(jīng)被集成在pic18f458的can模塊里面,只要對相應(yīng)的寄存器進行操作就可完成can系統(tǒng)通信。pici8f458的can通信程序主要包括can初始化、接受子程序、發(fā)送子程序等。can初始化主要對can進行配置，設(shè)置發(fā)送郵箱、接收郵箱標識符及初始化數(shù)據(jù)，設(shè)置波特率、can工作模式，初始化接受濾波器和接受屏蔽。接受使用中斷方式，發(fā)送采用查詢方式。在can總線上的所有節(jié)點必須有相同的波特率,設(shè)波特率fosc=4mhz，同步時間段sync_seg=1tq，傳輸時間段prop_seg=1tq，相位緩沖時間段1phase_seg1=3tq，相位緩沖時間段2phase_seg2=3tq，標稱位時間=8tq，位率=0.125mhz。在can總線通訊中，can的初始化非常重要[3]。