一种基于CAN总线的主从机通信系统设计

一种基于CAN总线的主从机通信系统设计

技术领域

本发明专利涉及电子设计技术领域，尤其涉及一种基于CAN总线的主从机通信系统设计。

背景技术

CAN 即控制器局域网络， 控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司领先推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了CAN技术规范（VERSION 2.0）。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式，能提供11位地址；而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具-数字信息交换-高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。

发明专利内容

本发明专利涉及一种基于CAN总线的主从机通信系统设计，本发明在单片机中实现CAN总线的接口，通过CAN总线，实现两个模块之间的数据通讯；本发明主要由PC机、微控制器80C51、独立CAN通信控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250t等部分组成；微处理器80C51负责SJA1000的初始化，本发明通过控制SJA1000实现数据的发送和接收等通信任务。

附图说明

图1：系统结构框图。

图2：时钟电路图。

图3：按键复位电路图。

图4：电源电路图。

图5：SJA1000与单片机的接口电路图。

图6：MAX232芯片引脚图。

图7：6N137引脚图。

图8：主程序流程图。

图9：初始化子程序流程图。

图10：发送子程序流程图。

图11：接收子程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明专利涉及一种基于CAN总线的主从机通信系统设计，本发明在单片机中实现CAN总线的接口，通过CAN总线，实现两个模块之间的数据通讯；本发明主要由PC机、微控制器80C51、独立CAN通信控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250t等部分组成；微处理器80C51负责SJA1000的初始化，本发明通过控制SJA1000实现数据的发送和接收等通信任务。

进一步的，本发明采用AT89C51单片机，AT89C51与PC机串行通信，设置SJA1000工作于Intel模式，由PC机发送的数据写入SJA1000并通过CAN收发器发送。接收数据是通过中断进行的，CAN 总线传输过来的数据经CAN接口芯片PCA82C250接收并写入SJA1000的RXFIFO，然后通过中断提请CPU读取，读取的数据上传送给PC机。系统结构框图如图1所示。

进一步的，ATMEL公司生产的AT89C51单片机采用高性能的静态80C51设计，并采用先进工艺制造，还带有非易失性Flash程序存储器。

进一步的，本发明的时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。时钟信号可以有两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。本发明选用内部时钟方式如图2所示。

进一步的，复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此复位电路对单片机非常重要。复位电路一般分为上电复位，按键复位等。本发明所选用的复位电路为按键复位如图3所示。

进一步的，本发明采用LM1572芯片设计电源电路。LM1572是一个频率为500kHz降压型开关脉宽调制稳压电路，可驱动1.5A的负载，占用较小的PCB空间，有极好的电流响应特性和较宽的工作电压范围，是美国国半公司采用先进的模拟双极形CMOS与DMOS处理工艺制造，能够较高的开关频率下提供较高的效率。内置150mΩ场效应功率管可在较小的封装中提供较大的功率。其输出电压可固定5V和3.3V或可调输出。电路图如图4所示。

进一步的，CAN控制器与外部CPU的接口是通过控制器接口逻辑（CIL）实现的，80C51 的CPU通过将地址总线（AB）和数据总线（DB）连接到CIL上来完成与CAN控制器之间的信息交换，不需要专门的控制总线（CB），CPU与PCA82C250之间的状态、控制和命令信号的交换在CAN控制器中完成。SJA1000与单片机的接口电路如图5所示。

进一步的，MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5v单电源供电。它的内部结构可分为三个部分；第一部分是电荷泵电路，由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成，功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道，由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道，其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道；8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道；TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。MAX232芯片引脚如图6所示。

进一步的，高速光电耦合器6N137由磷砷化镓发光二极管和光敏集成检测电路组成。通过光敏二极管接收信号并经内部高增益线性放大器把信号放大后，由集电极开路门输出。6N137引脚图如图7所示。该光电器件高、低电平传输延迟时间短，典型值仅为45ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。具有10Mbps的高速性能，因而在传输速度上完全能够满足隔离总线的要求。内部噪声防护装置提供了典型10kV/μs的共模抑制功能。除此之外，6N137 还具有一个控制端，通过对该端的控制，可使光耦输出端呈现高阻状态。

进一步的，PCA82C250是CAN协议控制器和物理总线间的接口，它主要是为汽车中高速通讯（高达1Mbps）应用而设计。此器件对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，与ISO11898标准完全兼容。PCA82C250芯片由接收器、驱动器、基准电压产生电路、工作模式选择电路及保护电路等组成。PCA82C250内部的限流电路可以防止发送输出级对电池电压的正端和负端短路。虽然在这种故障条件出现时，功耗将增加，但这种特性可以阻止发送器输出级的破坏。在节点温度大约超过160℃时，两个发送器输出端的极限电流将减少。由于发送器是功耗的主要部分，因此芯片温度会迅速降低。PCA82C50芯片的其他部分将继续工作。当总线短路时，热保护十分重要。

进一步的，CAN 总线节点的软件设计主要包括三大部分：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。程序开始运行后，先调用初始化子程序，分别对两个CAN模块中的SJA1000进行初始化，然后把要发送的数据写入CPU的存储器中，然后循环调用发送数据子程序和接收数据子程序。具体流程如图8所示。

进一步的，SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行，初始化主要包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器（AMR）和接收代码寄存器（ACR）的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器（IER）的设置等。在完成SJA1000的初始化设置以后，SJA1000就可以回到工作状态，进行正常的通信任务。初始化子程序先设置MOD选择复位模式，然后分别设置CDR选择工作模式；设置IER选择中断类型；设置BTR0、BTR1设定传输速率；设置OCR选择输出模式；设置ACR、AMR设定接收数据类型；RBSA、TXERR、ECC均清零，最后设置MOD进入工作模式。具体流程如图9所示。

进一步的，发送子程序负责节点报文的发送。发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文，送入SJA1000发送缓存区中，然后启动SJA1000 发送即可。发送数据子程序先把三个控制字节写入发送缓冲区，然后把等待发送的数据也写入发送缓冲区，最后设置CMR，发出发送请求、启动SJA1000发送数据。具体流程如图10所示。

进一步的，接收子程序负责节点报文的接收以及其它情况处理。接收子程序比发送子程序要复杂一些，因为在处理接收报文的过程中，同时要对诸如总线脱离、错误报警、接收溢出等情况进行处理。SJA1000报文的接收主要有两种方式：中断接收方式和查询接收方式，两种接收方式编程的思路基本相同，如果对通信的实时性要求不是很强，一般采用查询接收方式。接收数据子程序首先要读SR和IR，判断工作状态及中断类型并做相应处理，若RXFIFO有数据，应判断帧类型并做相应处理，若数据正确则送至CPU的内部存储器。具体流程如图11所示。

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。