在現場總線概念的出現到現在的近20年時間里，已經出現了好幾種現場總線技術并走向成熟。其中CAN總線已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。 CAN是一種由帶有CAN控制器組成的高性能串行數據局域通信網絡，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。由于其具有通信速度快、可靠性高和性能價格比好等突出優(yōu)點，它正越拉越廣泛地應用于汽車、機械工業(yè)、紡織機械、農業(yè)用機械、機器人、數控機床、醫(yī)療器械、家用電器及傳感器等領域。圖1所示是典型的CAN總線節(jié)點的系統(tǒng)框圖。
系統(tǒng)硬件設計
SJA1000獨立CAN控制器是PHILIPS公司PCA82C200CAN控制器的替代產品，它是在完全兼容PCA82C200的基礎上，增加了一種新的工作模式PeliCAN，SJA1000完全支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。SJA1000的工作模式通過其內部的時鐘分頻寄存器中的CAN模式為來選擇。SJA1000可以支持多種為處理器的時序特性，如Intel模式或Motorla模式，SJA1000與微處理器的接口非常簡單，微處理器以訪問外部存儲器的方式來訪問SJA1000。
TJA1050是控制器局域網CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，TJA1050可以為總線提供不同的發(fā)送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能。TJA1050主要有以下特征：完全符合ISO 11898標準，最高速到達1Mb/s，輸入級3.3V以及5V器件兼容，至少可以連接110個節(jié)點。本設計的微處理器為89C51負責初始化 SJA1000及通過控制SJA1000實現數據的接收和發(fā)送等通信任務，系統(tǒng)電路圖如圖2所示。
CAN控制器SJA1000的數據線AD0~AD7連接到51單片機的P0口，連接到基址為0xFA00的外部存儲器片選信號，當訪問地址 0xFA00~0xFA31時，CPU可對SJA1000執(zhí)行相應的讀寫操作。SJA1000的、、分別與51對應的引腳相連，接51的使51可以通過中斷方式訪問SJA1000。
系統(tǒng)軟件設計
本設計的系統(tǒng)由4個節(jié)點組成，一個節(jié)點由上位機通過并口轉CAN總線的數據收發(fā)器構成，另外3個節(jié)點由圖2所示的單片機CAN總線收發(fā)系統(tǒng)構成。單片機系統(tǒng)每秒發(fā)送一幀(8個字節(jié))數據。連接上位機的CAN總線收發(fā)器有相應的上位機測試軟件支持，本文主要介紹單片機CAN總線收發(fā)器的程序設計。圖3是下位機軟件的流程圖。
系統(tǒng)設計的部分代碼如下：
main()
{
Sja_1000_Init(); //初始化SJA1000
Init_Cpu(); //初始化CPU
Init_T0(); //初始化定時器
flag_init=0x00;
while(1)
{
if(rcv_flag) //rcv_flag為接受標志位，有接收則單片機進行處理
{
rcv_flag=0; BCAN_DATA_RECEIVE(rcv_data);
BCAN_CMD_PRG(0X04);
disp_rec();
}
if(flag_sec) //定時中斷標志為，定時時間到則發(fā)送數據幀
{ flag_sec=0; send_data[0]=0xaa; send_data[1]=0x08; send_data[2]=DA1;
send_data[3]=DA2;
send_data[4]=DA3;
send_data[5]=DA4;
send_data[6]=DA5;
send_data[7]=DA6;
send_data[8]=DA7;
send_data[9]=DA8; BCAN_DATA_WRITE(send_data); BCAN_CMD_PRG(0X01);
}
if(err_flag)
{
err_flag=0;
disp_err();
Sja_1000_Init();
}
display(a); //循環(huán)顯示接受數據
SJA1000的初始化過程包括申請進入復位狀態(tài)，設置總線波特率，設置輸出方式，開放錯誤中斷、接受和發(fā)送中斷。在進行數據發(fā)送時數據包前兩個字節(jié)0Xaa、0X08為描述符，包括11位長的ID(標志符)\1位RTR\4位描述數據長度的DLC共16 位。BCAN_DATA_RECEIVE(rcv_data)，為89C51對SJA1000的讀數據函數其具體函數定義：
bit BCAN_DATA_RECEIVE(unsigned char *RcvDataBuf)
{
unsigned char TempCount;
SJA_BCANAdr = REG_STATUS; //訪問地址指向狀態(tài)寄存器
if((*SJA_BCANAdr&0x01)==0) //判斷報文是否有效
{
return 1;
}
SJA_BCANAdr = REG_RxBuffer2; //訪問地址指向接收緩沖區(qū)2
if((*SJA_BCANAdr&0x10)==0) //如果是數據幀
{
TempCount=(*SJA_BCANAdr& 0x0f)+2; //計算報文中數據的個數
}
else
{
TempCount="2";
}
SJA_BCANAdr = REG_RxBuffer1; //訪問地址指向接收緩沖區(qū)1
memcpy(RcvDataBuf, SJA_BCANAdr,TempCount);//讀取接收緩沖區(qū)的報文
return 0;
}
此函數僅限于CAN控制器接受數據，返回值如果為0表示接受成功，如果為1表示接受失敗。
BCAN_DATA_WRITE(send_data)函數是89C51對SJA1000的寫數據函數其具體定義如下：
bit BCAN_DATA_WRITE(unsigned char *SendDataBuf)
{
unsigned char TempCount;
SJA_BCANAdr = REG_STATUS; //訪問地址指向狀態(tài)寄存器
if((*SJA_BCANAdr&0x08) == 0) //判斷上次發(fā)送是否完成
{
return 1;
}
if((*SJA_BCANAdr&0x04)==0) //判斷發(fā)送緩沖區(qū)是否鎖定
{
return 1;
}
SJA_BCANAdr = REG_TxBuffer1; //訪問地址指向發(fā)送緩沖區(qū)1
if((SendDataBuf[1]&0x10)==0) //判斷RTR，從而得出是數據幀還是遠程幀
{
TempCount =(SendData Buf[1]&0x0f)+2; //輸入數據幀
}
else
{
TempCount =2; //遠程幀
memcpy(SJA_BCANAdr,SendDataBuf,TempCount);
return 0;
}
此函數將待發(fā)送的特定幀各式的數據，送入SJA1000發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動，函數返回0表示將數據成功的送至發(fā)送緩沖區(qū)，返回1表示上一次的數據正在發(fā)送。
系統(tǒng)組網相對容易只需把各個節(jié)點掛在同一條雙絞線上即可，啟動上位機的CAN收發(fā)器，用來監(jiān)視總線數據狀態(tài)。每當啟動一個下位機CAN收發(fā)器，上位機的測試軟件就可以每隔一秒鐘收到由同一CAN收發(fā)器發(fā)送的數據幀。實驗結果顯示當3臺下位機CAN總線同時發(fā)數時數據接收端沒有數據丟失和總線沖突現象。
結語
現場總線有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ鼘⒔o自動控制領域的變革帶來深遠的影響。我們設計的CAN總線收發(fā)器具有通用性，在本系統(tǒng)設計的基礎上只需要相應的修改數據傳輸協(xié)議即可應用于各個CAN總線的數傳系統(tǒng)。
參考文獻：
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