CAN智能節點(diǎn)的設計
摘要：CAN總線(xiàn)是一種流行的實(shí)時(shí)性現場(chǎng)總線(xiàn)，文中提出了一種基于MSP430單片機，并以MCP2510為CAN控制器的智能節點(diǎn)設計方案，該方案利用MSP430通過(guò)標準SPI接口可實(shí)現對MCP2510的控制，并能夠完全實(shí)現CAN總線(xiàn)規范。１ 引言
ＣＡＮ總線(xiàn)是控制器局域網(wǎng)（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔ-ｗｏｒｋ）總線(xiàn)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它屬于現場(chǎng)總線(xiàn)范疇，是一種能有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，它可將掛接在現場(chǎng)總線(xiàn)上作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的智能設備連接成網(wǎng)絡(luò )系統，
并進(jìn)一步構成自動(dòng)化系統，從而實(shí)現基本的控制、補償、計算、參數修改、報警、顯示、監控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能。
ＣＡＮ總線(xiàn)智能節點(diǎn)在分布式控制系統中起著(zhù)承上啟下的作用。它位于傳感器和執行機構所在的現場(chǎng)，一方面和上位機（ＰＣ或者工控機）進(jìn)行通信，以完成數據交換；另一方面又可根據系統的需要對現場(chǎng)的執行機構或者傳感器進(jìn)行控制和數據采集。它常常將一些簡(jiǎn)單的過(guò)程控制程序放在底層模塊中，從而減少了通信量，提高了系統控制的實(shí)時(shí)性。因此，智能化模塊設計在ＣＡＮ系統中有著(zhù)十分重要的作用。
本文將給出一種用ＭＳＰ４３０單片機和ＭＣＰ２５１０ ＣＡＮ控制器組成的總線(xiàn)智能節點(diǎn)的設計方案（見(jiàn)圖１），該方案中的單片機和ＣＡＮ控制器通過(guò)標準的ＳＰＩ接口進(jìn)行通信，因此，該節點(diǎn)能夠完成對被控器件的數據采集上報，并接受上位機的命令，進(jìn)而進(jìn)行解析以完成對執行機構的控制。為了調試簡(jiǎn)單，本方案作了一些改動(dòng)：一是使ＭＣＰ２５１０工作在環(huán)回模式，也就是數據由發(fā)送緩存直接發(fā)送到接收緩存，由于不經(jīng)過(guò)ＣＡＮ收發(fā)器和ＣＡＮ總線(xiàn)，而只是使用了它的一個(gè)發(fā)送緩存和一個(gè)接收緩存，因而方便了調試；二是把被控器件的數據采集和對執行機構的控制部分略去，而這些功能在以后可以方便地添加，這樣，在實(shí)際使用時(shí)，只要對程序稍作修改就可應用。
２ 硬件設計
本設計的整個(gè)接口模塊主要由兩部分組成：ＣＡＮ控制器ＭＣＰ２５１０和微控制器ＭＳＰ４３０。圖２所示是該智能節點(diǎn)的部分電路硬件原理圖。下面對主要部分功能作一介紹。
２．１ ＭＳＰ４３０Ｆ１２３２簡(jiǎn)介
ＭＳＰ４３０系列微控制器是ＴＩ公司推出的功能強大的超低功耗１６位微處理器。它集成了豐富的片上外圍資源，因而開(kāi)發(fā)方式十分簡(jiǎn)便，可以用Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)出效率很高的程序。所選ＭＳＰ４３０Ｆ１２３２的工作電壓為１．８～３．６Ｖ，內含８ｋＢ ＦＬＡＳＨ存儲空間。片內集成了看門(mén)狗定時(shí)器（ＷＴＤ）、基本時(shí)鐘模塊、ＵＳ-ＡＲＴ、１０位ＡＤＣ、和帶有３個(gè)捕獲／比較器的１６位定時(shí)器，因而片上資源十分豐富，完全可以滿(mǎn)足一般的需要，同時(shí)減少了設計的復雜度。與其它單片機相比，ＭＳＰ４３０的Ｉ／Ｏ端口功能更強，可實(shí)現雙向的輸入、輸出，并可完成一些特殊的功能，如Ａ／Ｄ轉換、捕獲比較等；另外，它還可以實(shí)現Ｉ／Ｏ的各種中斷。
本設計中，ＭＳＰ４３０的作用有兩個(gè)：一是對執行機構的控制以及對輸入模擬量或者開(kāi)關(guān)量的信號采集；二是利用ＵＡＲＴ模塊通過(guò)ＳＰＩ模式與ＭＣＰ２５１０通信并控制ＭＣＰ２５１０以實(shí)現ＣＡＮ規范。
２．２ ＭＣＰ２５１０簡(jiǎn)介
ＭＣＰ２５１０?１?是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司推出的功能很強的ＣＡＮ控制器芯片，它支持ＣＡＮ１．２、２．０Ａ及２．０Ｂ規范；其內部結構見(jiàn)圖３所示。該芯片內含３個(gè)發(fā)送緩存和２個(gè)接收緩存，可以對發(fā)送優(yōu)先級進(jìn)行管理，可濾除無(wú)用信息，ＭＣＰ２５１０有６個(gè)可編程濾波器，而且中斷資源十分豐富。最可貴的是，它可以通過(guò)標準的ＳＰＩ接口與微控制器進(jìn)行通信，從而放寬了ＭＣＵ的選擇范圍?使得所有單片機都有接入的可能。
ＭＣＰ２５１０的主要功能是在ＭＣＵ的控制下實(shí)現ＣＡＮ規范，它內部的所有寄存器和控制寄存器都映射到一個(gè)地址表上，ＭＣＵ可以使用相應的命令格式通過(guò)標準的ＳＰＩ接口來(lái)完成對ＭＣＰ２５１０的初始化、工作狀態(tài)的控制以及數據的讀寫(xiě)。此外，ＭＣＰ２５１０產(chǎn)生的中斷還可以反饋給ＭＣＵ來(lái)處理。
２．３ 系統時(shí)鐘
由于ＭＳＰ４３０的時(shí)鐘頻率決定著(zhù)指令周期，因而該時(shí)鐘直接影響ＳＰＩ接口的速率。ＭＳＰ４３０Ｆ１２３２有兩個(gè)可選的時(shí)鐘：一是外部低速３２．７６８ｋＨｚ的時(shí)鐘晶體；二是采用內部數控ＤＣＯ的可調頻率。本設計直接采用它內部的數控ＤＣＯ作為它的主時(shí)鐘ＭＣＬＫ和ＳＭＣＬＫ，由于直接工作在８００ｋＨｚ，因而免去了使用晶體。ＭＣＰ２５１０采用標準的４ＭＨｚ晶體。ＭＳＰ４３０中ＵＳＡＲＴ模塊的ＣＬＫ可由系統時(shí)鐘分頻得到，速率設定也十分方便。實(shí)際上，ＭＣＰ２５１０輸出到總線(xiàn)的速率也可通過(guò)設置內部寄存器的控制分頻系數來(lái)調節。
此外，由于ＭＣＰ２５１０的輸出信號驅動(dòng)能力不夠，而且與ＣＡＮ總線(xiàn)物理接口的要求存在很大的差異，所以，在實(shí)際應用中必須使用ＣＡＮ收發(fā)器（如ＭＣＰ２５５１等），它可支持的ＣＡＮ速率最高可達１Ｍｂｐｓ，而且容錯能力很強。此外，它內部還有很強的保護電路，可以防止總線(xiàn)的其它節點(diǎn)對它的影響。
３ 軟件設計
在進(jìn)行本系統節點(diǎn)的軟件設計前，首先簡(jiǎn)要說(shuō)明一下ＭＣＰ２５１０的指令格式，ＭＣＰ２５１０的５條指令如表１所列。
表1 MCP2510指令格式
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