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CAN控制器SJA1000及其應用

作者: 時間:2012-04-10 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:介紹的特點、內(nèi)部結構以及的寄存器結構及地址分配;協(xié)議通信格式。并以獨立為例,結合CAN協(xié)議說明了一種通用型CAN總線的開發(fā)與設計。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/149260.htm

關鍵詞:CAN總線索SJA1000單片機

1 SJA1000簡介

SJA1000是PHILIPS公司早期CANPCA82C200的替代品,功能更強,具有如下特點:

①完全兼容PCA82C200工作模式,即BASIC CAN模式;

②具有擴展的接收緩沖器,64字節(jié)的FIFO結構;

③支持CAN2.0B;

④支持11位和29位識別碼;

⑤位速率可達1Mbit/s;

⑥支持peliCAN模式擴展功能;

⑦24MHz的時鐘頻率;

⑧支持與不同微處理器的接口;

⑨可編程的CAN輸出驅動配置;

⑩增強了溫度范圍(-40℃~+125℃)。

2 SJA1000內(nèi)部結構

SJA1000的內(nèi)部結構如圖1所示,主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器(含發(fā)送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIFO)、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內(nèi)部振蕩器及復位電路等構成。IML接收來自CPU的命令,控制CAN寄存器的尋址并向主控器提供中斷信息及狀態(tài)信息。CPU的控制經(jīng)IML把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入TXB,TXB中的數(shù)據(jù)由BSP處理后經(jīng)BTL輸出到CAN BUS。BTL始終監(jiān)視CAN BUS,當檢測到有效的信息頭隱性電平-控制電平的轉換時啟動接收過程,接收的信息首先要由位流處理器BSP處理,并由ASP過濾,只有當接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時,接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以緩存64字節(jié)的數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)可被CPU讀取。EML負責傳送層中調制器的錯誤管制,它接收BSP的出錯報告,促使BSP和IML進行錯誤統(tǒng)計。

3 SJA1000的寄存器結構及地址分配

表1是工作在BASIC CAN模式下的SJA1000的寄存器結構及地址分配表。CAN控制器工作模式的設定、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等都是通過這些寄存器來實現(xiàn)的。時鐘分頻寄存器OCR用于設定SJA1000工作于BASIC CAN還是PeliCAN,還用于CLKOUT引腳輸出時鐘頻率的設定,在上電初始化控制器時必須首先設定;在工作模式下,控制寄存器CR用于控制CAN控制器的行為,可讀可寫;命令寄存器CMR只能寫;狀態(tài)寄存器SR只能讀;而IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR在工作模式下讀寫無意義。通常,在系統(tǒng)初始化時,先使CR.0=1,SJA1000進入復位模式。在此模式下IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1及OCR均可讀可寫,此時設置相應的初值。當退出復位模式時,SJA1000即按復位時設定的相應情況工作于工作模式,除非再次使芯片復位,否則上次設定的值不變。當需要發(fā)送信息時,若發(fā)送緩沖器空閑,由CPU控制信息寫入TXB,再由CMR控制發(fā)送;當接收緩沖器RXFIFO未滿且接收信息通過了ASP,則接收到的信息被寫入RXFIFO。可通過兩種方法讀取接收到的信息。一種方法是,在中斷被使能的情況下,由SJA1000向CPU發(fā)中斷信號,CPU通過SR及IR可以識別該中斷,并讀取數(shù)據(jù)釋放接收緩沖器;另一種方法是直接讀取SR,查詢RXFIFO的狀態(tài),當有信息接收時,讀取該信息并釋放接收緩沖器。當接收緩沖器中有多條信息時,當前的信息被讀取后,接收緩沖器有效信號會再次有效,通過中斷方式或查詢方式可以再次讀取信息,直到RXFIFO中的信息被全部讀出為止。當RXFIFO已滿,如還有信息被接收,此接收信息不被保存,且發(fā)出相應的緩沖器溢出信號供CPU讀取處理。

4 CAN協(xié)議通信格式
CAN協(xié)議通信格式中有四種幀格式:數(shù)據(jù)幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。其中數(shù)據(jù)幀和遠程幀的發(fā)送需要在CPU控制下進行,而出錯幀和超載幀的發(fā)送則是在錯誤發(fā)生或超載發(fā)生時自動進行的。因此人們更關心前兩個幀的結構。數(shù)據(jù)幀結構如圖2所示。
一個完整的數(shù)據(jù)幀格式,除仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場外都是CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)時自動加上去的,而仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場則必須由CPU控制給出。用SJA1000時,寫出發(fā)送緩沖器的TXID0、TXID1即設定了相應的仲裁場和控制場。TXID0即為仲裁場的高8位,TXID1的高3位為仲裁場的低3位,仲裁場共11位。TXID1的第5位為RTR位,即遠程請求位,在數(shù)據(jù)幀中為0;TXID1低四位標示數(shù)據(jù)場所含字節(jié)數(shù)的多少,稱為DLC。RTR與DLC共同構成控制場。發(fā)送的數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)場,最多不超過8個字節(jié)。遠程幀與數(shù)據(jù)幀的形式差別在于沒有數(shù)據(jù)場。除此形式上的差別外,在遠程幀中RTR位須置1,表示請求數(shù)據(jù)源節(jié)點向它的目的節(jié)點(即發(fā)送遠程幀的節(jié)點)發(fā)送數(shù)據(jù)。源節(jié)點接收到該幀后,把要發(fā)送數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)幀發(fā)給目的節(jié)點,完成數(shù)據(jù)請求。CRC場與ACK場都是在低層次上為提高傳輸?shù)目煽啃远詣舆M行的。任何幀與幀之間是幀間空間。
5 設計實例
5.1 整體設計思路
這里用SJA1000與AT89C51芯片設計一種具有通用性的工業(yè)測控系統(tǒng),系統(tǒng)的結構圖如圖3所示。
CAN總線是一種多主總線,理論上任何一個節(jié)點都可以作為主節(jié)點。在本系統(tǒng)中設置與上位PC機相連的節(jié)點1和節(jié)點2為上位節(jié)點,其它節(jié)點為底層節(jié)點。在任務比較簡單的系統(tǒng)中,也可以只設置一臺上位PC機,PC機通過串口與節(jié)點上的CPU通信,CPU再與CAN控制器SJA1000通信,實現(xiàn)信息在CAN BUS上的發(fā)送與接收。節(jié)點1與節(jié)點2的結構相同,而底層節(jié)點根據(jù)的不同具有不同的功能。但它們都具有與CAN BUS通信的能力,上傳數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。
5.2 電路原理圖
節(jié)點1與節(jié)點2的原理圖如圖4所示。AT89C51通過MAX232與PC機串行通信。設置SJA1000工作于Intel模式,由PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入AT89C51,再通過P0口及控制信號將數(shù)據(jù)寫入SJA1000并通過CAN收發(fā)器發(fā)送。接收數(shù)據(jù)是通過中斷進行的,CAN BUS的數(shù)據(jù)經(jīng)CAN接口芯片82C250接收并寫入SJA1000的RXFIFO,然后通過中斷提請CPU讀取。讀取的數(shù)據(jù)由RS232口上傳送給PC機。
在本系統(tǒng)中其它節(jié)點不與PC機通信,此時AT89C51除與SJA1000相接的口線外還剩余口線,可以做其它用途。如用于數(shù)據(jù)的采集,則與A/D轉換芯片相接即可;如與控制相關,則與控制口相接即可,這樣一來可以靈活地構成各種系統(tǒng)。

5.3 軟件設計

該系統(tǒng)的軟件設計分為兩方面:(1)PC機軟件設計,可以用VC++、VB,也可以使用工控軟件完成。如只用于監(jiān)視系統(tǒng),設計的重點在于PC機與節(jié)點之間的通信。(2)節(jié)點上CPU的軟件設計。不論是節(jié)點1、2或是其它底層節(jié)點,都要用到CAN通信,因此都要設置CAN控制器。其初始化的流程圖如圖5所示。

具體的例程如下:
MOV DPTR #CR ;控制寄存器CR的地址送DPTR

MOV A #01H

MOVX @DPTR A ;進入復位模式

MOV DPTR #CDR

MOV A #00H

MOVX @DPTR A ;選擇BASIC CAN模式、時鐘不輸出

MOV A #NODECODE

MOVX @DPTR A ;節(jié)點號NODECODE寫入ACR

MOVX DPTR #AMR

MOV A #00H

MOV @DPTR A ;AMR置為0,當且僅當RXID0=ACR時接收數(shù)據(jù)。

MOV DPTR #BTR0;設定總線時序寄存器BTR0,系統(tǒng)采用12MHz晶振

MOV A #85H ;分頻后總線時鐘頻率為2MHz

MOVX @DPTR A ;同步跳轉寬度為3tscl

MOV DPTR #BTR1 ;設定總線時序寄存器BTR1

MOV A #0B4H ;位同步時間為1個tscl 采樣開始位置TSEG1=5tscl

MOVX @DPTR A ;TSEG2=4tscl每一位時間10tscl(200kHz),每位采樣3次

MOV DPTR #OCR ;設置輸出控制寄存器

MOV A #1AH ;數(shù)據(jù)從TX0按正常輸出模式同極性輸出

MOV @DPTR A ;TX1 不用

MOV DPTR #CR ;初始化完成,使控制器退出復位模式,進入工作模式工作。

MOV A #06H

MOV @DPTR A

該初始化程序使SJA1000工作在 BASIC CAN模式下,CAN總線位速率為200kHz。根據(jù)總線傳輸?shù)木嚯x不同速度可以調整。為提高其抗干擾性能,還可以在SJA1000與CAN總線收發(fā)器之間加光隔。各節(jié)點CPU的其它軟件設計應視節(jié)點的功能而定,不再贅述。

該系統(tǒng)用于城市區(qū)域交通中心信息采集及處理,已取得很好效果。由于傳輸距離較遠,設定速率為10kHz,但可靠性較強,系統(tǒng)成本低廉。

CAN總線以其優(yōu)良的性能使其方興未艾,以SJA1000為控制器構成各種CAN總線系統(tǒng)方便、簡單、成本低廉,這也是開發(fā)與其它CAN總線產(chǎn)品的基礎。

參考文獻

1 鄔寬明.CAN總線原理和應用系統(tǒng)設計. 北京:北京航空航天大學,2001.3

2 DATA SHEET SJA1000 CAN Stand-alone controller.PHILIPS Semiconductors 公司,2000.4

3 王東威,顧宏,洪義平.基于CAN總線的安全巡檢系統(tǒng)的信息采集及處理.電子產(chǎn)品世界, 2002(4)



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