總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

1、摘要：CAN總線是控制器局域網(wǎng)總線(contr01ler AreaNetwork)的簡稱。屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性及獨(dú)立的設(shè)計(jì)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中。SJAl000是一個(gè)獨(dú)立的CAN控制器，PCA82C200的硬件和軟件都兼容，具有一系列先進(jìn)的性能，特別在系統(tǒng)優(yōu)化、診斷和維護(hù)方面，因此，SJAl000將會(huì)替代PCA82C200。SJAl000支持直接連接到兩個(gè)著名的微型控制器系列80C51和68xx。下面以單片機(jī)STC89C52和SJAl000為例，介紹CAN總線模塊的硬件設(shè)計(jì)和CAN通信軟件的基本設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵字：

2、CAN總線 STC89C52 SJA1000 Summary:CAN bus is controller LAN bus (contr01ler AreaNetwork) for short. Belongs to the category of field bus, is a kind of effective support distributed control or real-time control of serial communication network. Because of its high performance, high reliability and the in

3、dependent design and is widely used in the industrial field control system. SJAl000 is an independent CAN controller, PCA82C200 hardware and software are compatible with a series of advanced properties, especially in system optimization, diagnosis and maintenance, therefore, SJAl000 will replace PCA

4、82C200. SJAl000 support directly connected to the two famous micro controller series 80 C51 and 68 xx. The STC89C52 and SJAl000 with the single chip processor as an example, this paper introduces the hardware design of CAN bus module and CAN the communication software basic design method.Key words:C

5、AN bus STC89C52 SJA1000目 錄1、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求 1.2 系統(tǒng)基本方案1.2.1 51單片機(jī)1.2.2 CAN總線控制器1.2.3 CAN總線收發(fā)器1.2.4 顯示電路2、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 系統(tǒng)硬件的基本組成部分2.2 主要單元電路設(shè)計(jì) 2.2.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 2.2.2 CAN總線控制器電路設(shè)計(jì) 2.2.3 CAN總線接口電路設(shè)計(jì)2.2.4 顯示電路設(shè)計(jì)3、系統(tǒng)測試與編程調(diào)試3.1 電路測試與編程調(diào)試 3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能4 結(jié)論 4.1 評(píng)價(jià) 4.2 心得 5 參考文獻(xiàn) 6附錄 6.1 器件清單6.2 系統(tǒng)原理圖6.3 程序代碼1.系統(tǒng)方

6、案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一套CAN總線通信系統(tǒng)（包括1發(fā)送板和1接收板），發(fā)送板需顯示撥碼開關(guān)的狀態(tài)并通過CAN總線發(fā)送出去，接受板通過CAN總線接受并動(dòng)態(tài)顯示開關(guān)的狀態(tài)以驗(yàn)證通信的正確性。（2）開關(guān)的狀態(tài)采用兩位數(shù)碼管顯示；（3）系統(tǒng)可靠性好、運(yùn)行穩(wěn)定；（4）必須具有上電自檢功能及外接電源、公共地線接口。1.2基本方案根據(jù)題目要求，可以得到以下幾個(gè)部分?？傮w設(shè)計(jì)框圖1.2.1 51單片機(jī)系統(tǒng)的控制芯片采用STC89C52單片機(jī)來控制，因?yàn)镾TC89C52應(yīng)用比較廣泛，并且成本低，操作控制簡單，功耗較低，運(yùn)行可靠性強(qiáng)。系統(tǒng)本身對(duì)處理器處理速度的要求不是很高，所以選擇該款單片機(jī)。STC8

7、9C52的引腳圖STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷

8、口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能1.2.2 CAN總線控制器 CAN總線控制器選用SJA1000。SJAl000是一個(gè)獨(dú)立的控制器，有兩種不同的模式。(1)BasiccAN模式：系統(tǒng)上電后默認(rèn)的模式，與PCA82C200兼容。(2)PelicAN模式：支持CAN2.0B協(xié)議規(guī)定的所有功能。SJAl000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，其功能模塊主要有：接口管理邏輯、接收FIFO隊(duì)列、接收濾波器、發(fā)送緩沖器和CAN核心模塊。CAN核心模塊基于CAN20B的協(xié)議執(zhí)行對(duì)CAN幀的發(fā)送和接收。邏輯管理接口實(shí)現(xiàn)與外部單片機(jī)的連接。SJAlO00的發(fā)送緩沖器可以存儲(chǔ)一個(gè)完整的報(bào)文，當(dāng)單片機(jī)開

9、始一個(gè)傳送時(shí)，邏輯管理接口會(huì)使CAN核心模塊讀發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)，依照CAN2.OB協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)收到一個(gè)報(bào)文時(shí)，cAN核心控制模塊將連續(xù)的位轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存放于接收過濾器中，通過驗(yàn)收碼寄存器、驗(yàn)收屏蔽寄存器進(jìn)行過濾處理，將符合標(biāo)志位要求的數(shù)據(jù)放人接收FIF0隊(duì)列中以下為SJA1000芯片的特點(diǎn)： 管腳及電氣特性與獨(dú)立CAN總線控制器PCA82C200兼容； 軟件與PCA82C200兼容（缺省為基本CAN模式）； 擴(kuò)展接收緩沖器（64字節(jié)FIFO）； 支持CAN2.0B協(xié)議； 同時(shí)支持11位和29位標(biāo)識(shí)符； 位通訊速率為1Mbits/s; 增強(qiáng)CAN模式（PeliCAN）; 采用24MHz時(shí)

10、鐘頻率； 支持多種微處理器接口； 可編程CAN輸出驅(qū)動(dòng)配置； 工作溫度范圍為-40+125。SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖從芯片的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，SJA1000型獨(dú)立CAN總線控制器由以下幾部分構(gòu)成；（1）接口管理邏輯：它接收來自微處理器的命令，控制CAN寄存器的地址，并為微處理器提供中斷和狀態(tài)信息。（2）發(fā)送緩沖器：有13字節(jié)長。它位于CPU和位流處理器（BSP）之間，能存儲(chǔ)一條將在CAN總線上發(fā)送的完整的報(bào)文，報(bào)文由CPU寫入，由SBP讀出。（3）接收緩沖器（RXB、RXFIFO）：它是CPU和接收濾波器之間的接口，用來存儲(chǔ)從CAN總線接收并通過了濾波的報(bào)文。接收緩沖器RXB是提供給CPU可訪

11、問的13字節(jié)的窗口，這個(gè)窗口是屬于接收FIFO（RXFIFO）的一部分，共由64字節(jié)長。有了這個(gè)FIFO，可以在CPU處理一個(gè)報(bào)文的同時(shí)繼續(xù)接收其他到來的報(bào)文。（4）接收濾波器：它把報(bào)文頭中的標(biāo)識(shí)符和接收濾波寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行比較，以判斷文報(bào)文是否被接收。如果被接收，報(bào)文存入RXFIFO。（5）位流處理器：它是一個(gè)控制發(fā)送緩沖器、RXFIFO并行數(shù)據(jù)和CAN總線（串行數(shù)據(jù)）之間數(shù)據(jù)的序列發(fā)生器，同時(shí)它也執(zhí)行錯(cuò)誤檢測、仲裁、位填充和CAN總線錯(cuò)誤處理功能。（6）位定時(shí)邏輯不：它將SJA1000同步于CAN總線上的位流。（7）錯(cuò)誤管理邏輯：它按照CAN協(xié)議完成錯(cuò)誤界定。1.2.3 CAN總線收發(fā)器

12、 CAN總線收發(fā)器選用Philips公司PCA82C250產(chǎn)品。CAN總線收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，該器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力并對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接受能力，有很強(qiáng)的對(duì)抗電磁干擾（EMI）的能力，至少可掛110個(gè)節(jié)點(diǎn)。PCA82C250內(nèi)部構(gòu)造顯示電路 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，采用兩位數(shù)碼管顯示電路。與液晶顯示器相比較，數(shù)碼管顯示比較顯眼，而且電路設(shè)計(jì)比較簡單，更重要的是編寫程序比較容易。完全能達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 系統(tǒng)硬件的基本組成部分 該系統(tǒng)的硬件主要包含這幾個(gè)部分：處理器、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器、數(shù)碼管。 結(jié)構(gòu)電路如下：2.

13、2主要單元電路設(shè)計(jì)2.2.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選擇STC89C52單片機(jī) 。STC89C52自帶有片內(nèi)ROM和一定數(shù)量的RAM，一般不需要擴(kuò)展片外的存儲(chǔ)器，并且能和MCS51產(chǎn)品兼容。本設(shè)計(jì)選用簡單基本的經(jīng)典復(fù)位電路，它利用電容和電阻的充放電來產(chǎn)生一個(gè)達(dá)到時(shí)間要求的連續(xù)低電壓，并輸入到單片機(jī)的復(fù)位管腳，如下圖所示：2.2.2 CAN總線控制器電路 SJA1000被設(shè)計(jì)為全面支持CAN 2.0B協(xié)議，而且支持多處理器接口，其接口電路十分簡單，如下圖所示：其電路圖如下：2.2.3 CAN總線收發(fā)器電路 CAN總線收發(fā)器選用PCA82C250，其封裝為SOIC，而且只有8個(gè)引腳，其設(shè)計(jì)

14、電路如下圖所示： 由圖中可以看出，在CAN總線的終端接了一個(gè)120歐的電阻。這個(gè)電阻是很必要的，因?yàn)楦哳l信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)波長相對(duì)傳輸線較短，信號(hào)在傳輸線終端會(huì)形成反射波，干擾原信號(hào)，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號(hào)到達(dá)傳輸線末端后不反射。對(duì)于低頻信號(hào)則不用。2.2.4 顯示電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用2位數(shù)碼管顯示，電路結(jié)構(gòu)簡單，如下所示：3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 發(fā)送板軟件設(shè)計(jì) 初始化寄存器程序： CANI1: MOVX A, DPTR ;判復(fù)位請(qǐng)求有效 JNB ACC.0, CANI1 MOV DPTR, #0FE04H ;寫接收碼寄存器 MOV A, #20H ;設(shè)置本節(jié)點(diǎn)地址為20H MOV

15、X DPTR, A MOV DPTR, #0FE05H ;寫接收碼屏蔽寄存器 MOV A, #00H MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FE06H ;寫總線定時(shí)寄存器0 MOV A, #43H ;設(shè)置波特率 MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FE07H ;寫總線定時(shí)寄存器1 MOV A, #2FH MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FE08H ;寫輸出控制寄存器 MOV A, #0FAH MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FE1FH ;寫時(shí)鐘分頻寄存器 MOV A, #40H MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FE

16、00H ;寫控制寄存器 MOV A, #0EH ;開放中斷源 MOVX DPTR, ACAN發(fā)送子程序：MAINLOOP: LCALL DISP ;調(diào)用顯示子程序 MOV DPTR, #0FE02H ;讀狀態(tài)寄存器判接收緩沖區(qū)是否有報(bào)文 MOVX A, DPTR JNB ACC.0, MAINLOOP MOV DPTR,#0FE16H ;讀取接收緩沖區(qū)開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù) MOVX A,DPTR MOV RECDAT,A MOV DPTR, #0FE01H ;接收完畢釋放緩沖區(qū) MOV A, #04H MOVX DPTR, A3.2 接收板軟件設(shè)計(jì)CAN總線接收子程序： LCALL DISP ;調(diào)用顯

17、示子程序 MOV DPTR, #0FE02H ;讀狀態(tài)寄存器判接收緩沖區(qū)是否有報(bào)文 MOVX A, DPTR JNB ACC.0, MAINLOOP MOV DPTR,#0FE16H ;讀取接收緩沖區(qū)開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù) MOVX A,DPTR MOV RECDAT,A MOV DPTR, #0FE01H ;接收完畢釋放緩沖區(qū) MOV A, #04H MOVX DPTR, A AJMP MAINLOOP數(shù)碼管顯示子程序：DISP: MOV A,RECDAT ANL A,#0FH ;取開關(guān)狀態(tài)低4位 MOV LED0, A MOV A,RECDAT ANL A,#0F0H ;取開關(guān)狀態(tài)高4位 SWAP

18、A MOV LED1, A MOV DPTR, #TABLE MOV A, LED0 MOVC A,A+DPTR SETBP3.3 MOVP2,A LCALL DELAY CLRP3.3MOVA,LED1 MOVCA,A+DPTR SETB P3.4 MOVP2,A LCALLDELAY CLR P3.4 RET4 結(jié)論 41 評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)。而且系統(tǒng)工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。同時(shí)，系統(tǒng)可用于完成一些基本的CAN總線通信實(shí)驗(yàn)，而且方便觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。不足之處：系統(tǒng)電路制作時(shí)，出現(xiàn)小小得失誤，制作電路板時(shí)，出現(xiàn)斷線的情況。器件布局以及布線有待改進(jìn)。 42 心得這次實(shí)訓(xùn)鍛煉

19、了自己的動(dòng)手能力，將自己平時(shí)所學(xué)的CAN總線理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來了，讓自己對(duì)理論知識(shí)有了更新的認(rèn)識(shí)。同時(shí)也讓自己對(duì)單片機(jī)的控制理論有了更深的認(rèn)識(shí)，以前一些模糊的概念變得清晰起來。有一種，讀書百變，還不如自己動(dòng)手做一遍來得實(shí)在。通過這次設(shè)計(jì)，鍛煉了自己匯編程序編寫水平。讓我體會(huì)到了匯編程序的簡介性。用匯編程序驅(qū)動(dòng)器件，比C語言容易多了，但是就是難以理解點(diǎn)。5 參考文獻(xiàn) 現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù)李正軍 機(jī)械工業(yè)出版社單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第3版） 李朝青 北京航空航天大學(xué)出版社6附錄 6.1 器件清單CAN總線通信系統(tǒng)主要元器件清單名稱數(shù)量STC89C522SJA10002PCA82C2502IMP

20、7082自鎖開關(guān)2兩位數(shù)碼管212MHz晶振216MHz晶振2撥碼開關(guān)16.2 系統(tǒng)原理圖6.3 程序代碼發(fā)送板程序： LED0 EQU 33H ;低4位 LED1 EQU 34H ;高4位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H ;初始化MAIN: CLR P3.5 MOV DPTR,#0FE00H ;寫控制寄存器 MOV A,#01H ;置復(fù)位請(qǐng)求為高 MOVX DPTR,ACANI1: MOVX A,DPTR ;判復(fù)位請(qǐng)求有效 JNB ACC.0,CANI1 MOV DPTR,#0FE04H ;寫接收碼寄存器 MOV A,#10H ;設(shè)置本節(jié)點(diǎn)地址為10H MOVX

21、DPTR,A MOV DPTR,#0FE05H ;寫接收碼屏蔽寄存器 MOV A,#00H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE06H ;寫總線定時(shí)寄存器0 MOV A,#43H ;設(shè)置波特率 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE07H ;寫總線定時(shí)寄存器1 MOV A,#2FH MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE08H ;寫輸出控制寄存器 MOV A,#0FAH MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE1FH ;寫時(shí)鐘分頻寄存器 MOV A,#40H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE00H ;寫控制寄存器 MOV A,#

22、0EH ;開放中斷源 MOVX DPTR,ALOOP: MOV P1,#0FFH ;P1為準(zhǔn)雙向口，先寫1 NOP MOV A,P1 ;讀撥碼開關(guān)編碼 MOV 30H,A TXBUFF:MOV DPTR,#0FE02H ;讀狀態(tài)寄存器，判發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài) MOVX A,DPTR JNB ACC.2, TXBUFF MOV DPTR,#0FE0AH ;向發(fā)送緩沖區(qū)填入標(biāo)識(shí)符 MOV A,#20H ;接收方地址20H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE0BH ;填入數(shù)據(jù)長度 MOV A,#01H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE0CH ;填入撥碼開關(guān)編碼 MOV A

23、,30H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FE01H ;置CMR.0為1請(qǐng)求發(fā)送 MOV A,#01H MOVX DPTR,A LCALL DISP ;調(diào)用顯示子程序 AJMP LOOPDISP: MOV P1,#0FFH ;P1為準(zhǔn)雙向口，先寫1 NOP MOV A,P1 ;讀撥碼開關(guān)編碼 ANL A,#0FH ;取開關(guān)狀態(tài)低4位 MOV LED0, A MOV A,P1 ANL A,#0F0H ;取開關(guān)狀態(tài)高4位 SWAP A MOV LED1, A MOV DPTR, #TABLE MOV A, LED0 MOVC A,A+DPTR SETB P3.3 MOV P2,A L

24、CALL DELAY CLR P3.3 MOV A,LED1 MOVC A,A+DPTR SETB P3.4 MOV P2,A LCALL DELAY CLRP3.4 RETDELAY: MOV R6, #10;延時(shí)5毫秒D1: MOV R7, #25 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RETTABLE: DB 88H,9fH,0a4H,85H,93HDB 0c1H,0c0H,8fH,80H,81H DB 82H,0d0H,0e8H,94H,0e0H,0e2HEND接收板程序： LED0 EQU 33H ;低4位 LED1 EQU 34H ;高4位 RECDAT EQU 35H ;

25、開關(guān)狀態(tài)值 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030HMAIN: CLR P3.5 NOP MOV RECDAT ,#00H ;賦初值00H ;CAN總線初始化 MOV DPTR, #0FE00H ;寫控制寄存器 MOV A, #01H ;置復(fù)位請(qǐng)求為高 MOVX DPTR, ACANI1: MOVX A, DPTR ;判復(fù)位請(qǐng)求有效 JNB ACC.0, CANI1 MOV DPTR, #0FE04H ;寫接收碼寄存器 MOV A, #20H ;設(shè)置本節(jié)點(diǎn)地址為20H MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FE05H ;寫接收碼屏蔽寄存器 MOV A, #00H MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FE06H ;寫總線定時(shí)寄存器0 MOV A, #43H ;設(shè)置波特率 MOVX DPTR, A MOV