Cortex-M3內(nèi)核芯片LM3S2965的CAN總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

摘要：根據(jù)CAN總線的特性，給出了基于Cortex-M3內(nèi)核的LM3S2965芯片中CAN總線節(jié)點(diǎn)的硬件電路、軟件實(shí)現(xiàn)框架及部分代碼。初始化代碼部分可以直接應(yīng)用在其他CAN總線的接口設(shè)計(jì)中。
關(guān)鍵詞：CAN；Cortex-M3；稱重儀表；現(xiàn)場(chǎng)總線

引言
CAN總線具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價(jià)格比高等諸多特點(diǎn)。CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))屬于總線式通信網(wǎng)絡(luò)，它是一種專門用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)，不同于以太網(wǎng)等管理和信息處理用網(wǎng)絡(luò)，其物理特性及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議特性更強(qiáng)調(diào)工業(yè)自動(dòng)化的底層監(jiān)測(cè)及控制。它采用了最新的技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，可靠性和性能超過(guò)了已陳舊的現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)，如RS485、BITBUS等。
多數(shù)采用微處理器結(jié)合CAN控制器芯片的硬件方案，軟件實(shí)現(xiàn)上是對(duì)CAN控制器芯片的寄存器編程，比較繁瑣。Luminary Micro公司(現(xiàn)已被TI公司收購(gòu))所提供的Stellaris系列是基于ARM Cortex-M3的控制器，它們?yōu)閷?duì)成本尤其敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用方案帶來(lái)了高性能的32位運(yùn)算能力。其中，LM3S2000系列是針對(duì)控制器局域網(wǎng)(CAN)應(yīng)用方案而設(shè)計(jì)的一組芯片，它在Stellaris系列芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了Bosch CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——短距離工業(yè)網(wǎng)絡(luò)里的黃金標(biāo)準(zhǔn)。
目前，很多系統(tǒng)需要稱重?cái)?shù)據(jù)。本文介紹一種利用LM3S2965芯片設(shè)計(jì)的CAN總線節(jié)點(diǎn)的軟硬件方案，可以直接將儀表與傳感器組成的稱重系統(tǒng)接人現(xiàn)有的分布式網(wǎng)絡(luò)中。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
基于CAN總線的分布式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖1所示。采用現(xiàn)場(chǎng)總線式集散控制系統(tǒng)(Field Distributed Control Svstem，F(xiàn)DCS)結(jié)構(gòu)，由CAN總控中心、控制節(jié)點(diǎn)以及CAN現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)組成。CAN總控中心主要完成在線系統(tǒng)監(jiān)控，多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)各自獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)設(shè)定、運(yùn)行顯示控制等，通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，在操作站和智能節(jié)點(diǎn)之間交換各種數(shù)據(jù)和管理控制信息。圖中的任何一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)都可能是稱重系統(tǒng)，由稱重傳感器和稱重儀表組成。通過(guò)這個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，總控中心就可以監(jiān)控、操作各個(gè)稱重單元的工作狀態(tài)。

本文利用TI公司生產(chǎn)的LM3S2965設(shè)計(jì)了一種CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)包括A／D轉(zhuǎn)換、顯示、按鍵輸入、CAN接口等多個(gè)部分，根據(jù)系統(tǒng)的要求還可以增加更多的模塊。本文僅介紹CAN接口部分，其硬件電路如圖2所示。該電路主要包括CAN總線收發(fā)器SN65HVD1050D、高速光電耦合器6N137以及與微控制器LM3S2965的接口部分。LM3S2965通過(guò)內(nèi)置CAN控制器極大地簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，加速了實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)，且穩(wěn)定可靠性得到保證。

為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，LM3S2965的TXO和RXO通過(guò)高速光耦6N137與CAN收發(fā)器SN65HVD1050D相連，很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5 V隔離輸出的開(kāi)關(guān)電源模塊實(shí)現(xiàn)，這些部分雖然增加了節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜程度，但卻提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。6N137光耦合器的使用需要注意兩點(diǎn)：第一，6N137的第6腳輸出電路屬于集電極開(kāi)路電路，必須接一個(gè)上拉電阻；第二，6N137內(nèi)部的第2腳和第3腳之間是一個(gè)LED，必須串接一個(gè)限流電阻。