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基于A(yíng)DμC812的CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)的設計
摘要：介紹了一種用單片機ADμC812、CAN總線(xiàn)控制器SJA1000和CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器POA82C250組成的CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)的設計方案，給出了該節點(diǎn)的硬件結構和軟件設計方法，同時(shí)介紹了CAN總線(xiàn)的主要特點(diǎn)。１ 引言
ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）總線(xiàn)協(xié)議最初是以研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著(zhù)稱(chēng)的德國ＢＯＳＣＨ公司開(kāi)發(fā)的，它是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制系統的串行通信局域網(wǎng)。目前，ＣＡＮ總線(xiàn)以其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應用于控制系統中的檢測和執行機構之間的數據通信中。ＣＡＮ總線(xiàn)具有以下一些技術(shù)特性：
●多主方式工作，采用非破壞性的基于優(yōu)先權的總線(xiàn)仲裁技術(shù)；
●借助接收濾波可實(shí)現多地址的幀傳送；
●數據采用短幀結構，抗干擾性強，數據幀的信息ＣＲＣ校驗及其它錯誤檢測措施完善；
●發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯而遭破獲的幀可以自動(dòng)重發(fā)；
●嚴重錯誤時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)功能，以使總線(xiàn)其它操作不受影響。
ＣＡＮ總線(xiàn)符合ＩＳＯ１１８９８標準，最大傳輸速率為１ＭＢ／ｓ時(shí)?傳輸距離最大為４０ｍ；傳輸速率為５ｋＢ／ｓ時(shí)的最大傳輸距離為１０ｋｍ。ＣＡＮ總線(xiàn)的傳輸介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)、同軸電纜等。由于ＣＡＮ總線(xiàn)是一種很有發(fā)展前景的現場(chǎng)總線(xiàn)，因此?得到了國際上很多大公司的支持，加之基于ＣＡＮ總線(xiàn)的硬件接口簡(jiǎn)單，編程方便，系統容易集成。因此?它特別適用于系統分布比較分散、實(shí)時(shí)性要求高、現場(chǎng)環(huán)境干擾大的場(chǎng)合。
２ 系統結構
由于ＣＡＮ總線(xiàn)采用多主方式工作，所以它具有與ＤＣＳ控制系統不一樣的拓撲結構。其控制系統的構成由計算機和智能節點(diǎn)組成，圖１所示是其系統結構。該系統最大的特點(diǎn)就是所有的節點(diǎn)（包括上位ＰＣ機）都能以平等的地位掛接在總線(xiàn)上。一個(gè)ＣＡＮ總線(xiàn)節點(diǎn)通常至少包括三個(gè)部分，即負責節點(diǎn)任務(wù)控制的單片機、ＣＡＮ總線(xiàn)控制器以及ＣＡＮ總線(xiàn)收發(fā)器。本文給出的就是一個(gè)可完成數據采集功能的ＣＡＮ節點(diǎn)的設計方法。
３�。茫粒喂濣c(diǎn)的硬件設計
本ＣＡＮ節點(diǎn)的電路原理簡(jiǎn)圖如圖２所示。該電路的三個(gè)核心器件是單片機ＡＤμＣ８１２?１?、獨立的ＣＡＮ總線(xiàn)控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線(xiàn)驅動(dòng)器ＰＣＡ８２Ｃ２５０。其中ＳＪＡ１０００?２?和ＰＣＡ８２Ｃ２５０兩者的組合應用已經(jīng)在很多ＣＡＮ總線(xiàn)節點(diǎn)的設計中用到，而本設計的特點(diǎn)就在于，它是根據要完成數據采集功能這一具體要求來(lái)選用微控制器ＡＤμＣ８１２。圖２中的串行接口芯片ＭＡＸ２３２作為ＡＤμＣ８１２與ＰＣ機的串口連接，它的使用是由該單片機的調試特點(diǎn)決定的。
ＡＤμＣ８１２是高度集成、高精度１２位數據采集系統，該產(chǎn)品在其內核中集成了帶有片內可重編程非易失性閃速／電擦除程序存儲器的高性能８位（與８０５１兼容）ＭＣＵ和多通道（８個(gè)輸入通道）１２位ＡＤＣ。
由于ＡＤμＣ８１２只需要通過(guò)其串口模塊和計算機的串口進(jìn)行連接，而不需要額外的仿真器，因而可利用ＡＤＩ公司的ＱＵＩＣＫＳＴＡＲＴ軟件來(lái)實(shí)現程序的在線(xiàn)下載、在線(xiàn)調試和在線(xiàn)仿真，從而極大地提高了工作效率。這也是本設計使用ＭＡＸ２３２的原因。
該系統在工作時(shí)，首先將從前面傳感器送來(lái)的工業(yè)標準信號（４～２０ｍＡ或１～５Ｖ）通過(guò)調理電路變?yōu)椋啊玻担值哪M電壓信號輸入至ＡＤμＣ８１２的Ｐ０．０～Ｐ０．７ （ＡＤ０～ＡＤ７）引腳（根據實(shí)際情況確定所需ＡＤ端口的數量），然后通過(guò)程序控制，再將Ａ／Ｄ轉換所得的數字信息通過(guò)ＳＪＡ１０００和ＰＣＡ８２Ｃ２５０送到ＣＡＮ總線(xiàn)上的相關(guān)節點(diǎn)。
ＳＪＡ１０００作為微控制器的片外擴展芯片，其片選引腳ＣＳ應接在微控制器的Ｐ２．０上，以用于決定ＣＡＮ控制器各寄存器的地址。ＳＪＡ１０００通過(guò)ＣＡＮ總線(xiàn)驅動(dòng)器ＰＣＡ８２Ｃ２５０連接在物理總線(xiàn)上。ＰＣＡ８２Ｃ２５０器件可提供對總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力和對ＣＡＮ控制器的差動(dòng)接受能力，它同時(shí)完全和“ＩＳＯ１１８９８”標準兼容。為進(jìn)一步提高系統的抗干擾能力，一般在ＣＡＮ總線(xiàn)控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線(xiàn)驅動(dòng)器ＰＣＡ８２Ｃ２５０之間加接６Ｎ１３７光電隔離芯片，只不過(guò)在圖２中沒(méi)有表示出來(lái)。由于通信信號傳輸到導線(xiàn)的端點(diǎn)時(shí)會(huì )發(fā)生反射，而且反射信號會(huì )干擾正常信號的傳輸，因此，總線(xiàn)兩端應接有終端電阻Ｒ１、Ｒ２，以消除反射信號，其阻值應當與傳輸電纜的特性阻抗大致相當。
４�。茫粒喂濣c(diǎn)的軟件設計
本節點(diǎn)的軟件編程主要包括Ａ／Ｄ轉換（ＡＤＣ）、ＣＡＮ控制器的初始化、ＣＡＮ總線(xiàn)數據的發(fā)送和接收等幾個(gè)部分。主程序的流程圖如圖３所示。
下面分別對這幾個(gè)主要部分的程序設計做一介紹。
４．１ Ａ／Ｄ轉換部分
筆者在本設計中采用的是單步Ａ／Ｄ轉換模式，并將Ａ／Ｄ轉換結果存入指定的數據存儲區。具體步驟如下：
（１）通過(guò)設置ＡＤＣ控制寄存器（ＡＤＣＣＯＮ１和ＡＤＣＣＯＮ２）的值來(lái)確定Ａ／Ｄ轉換的工作狀態(tài)和采樣通道號；
（２）使能ＡＤＣ中斷，置位ＳＣＯＮＶ位以啟動(dòng)單步Ａ／Ｄ轉換；
（３）等待響應ＡＤＣ中斷，并進(jìn)入中斷服務(wù)程序；
（４）把采樣所得的數據從ＡＤＣＤＡＴＡＬ和ＡＤＣ-ＤＡＴＡＨ兩個(gè)特殊寄存器
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