單片機和MCP2510的CAN總線通信模塊設計

1、單片機和MCP2510的CAN總線通信模塊設計    單片機和MCP2510的CAN總線通信模塊設計     CAN（Controller Area Network）總線，即控制器局域網(wǎng)。由于具有高性能、高可靠性以及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視。德國的Bosch公司最初為汽車監(jiān)控和控制系統(tǒng)設計了CAN總線，現(xiàn)在，其應用已面向過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織工業(yè)、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域發(fā)展。CAN總線已經(jīng)形成國際標準，并已經(jīng)公認為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN總線規(guī)范已經(jīng)被國際標準化組織制訂為國際標準

2、ISO11898，并得到眾多半導體器件廠商的支持，推出各種集成有CAN協(xié)議的產(chǎn)品。CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點是網(wǎng)絡上報文的接收和發(fā)送站，一般由單片機和CAN控制器或二者合二為一組成。     MCP25l0是Microchip公司生產(chǎn)的一種獨立的可編程CAN控制器芯片。本文將介紹新型的獨立CAN通信控制器MCP2510，并給出其在CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點中的應用實例。    1.MCP2510芯片介紹    MCP25lO是一種帶有SPI接口的CAN控制器，DIP封裝如圖1所示。它支持CAN技術規(guī)范V2.OA/

3、B，能夠發(fā)送或接收標準的和擴展的信息幀，同時具有接收濾波和信息管理的功能。MCP2510通過SI接口與MCU進行數(shù)據(jù)傳輸，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達5 Mbps，MCU可通過MCP2510與CAN總線上的其他MCU單元通信。MCP2510內(nèi)含3個發(fā)送緩沖器和2個接收緩沖器，同時還具有靈活的中斷管理能力，這些特點使得MCU對CAN總線的操作變得非常簡便。    1.1 MCP2510的主要特點    支持CANV 2.0A/B；    具有SPI接口，支持SPI模式0，0和1，1；  

4、0; 內(nèi)含3個發(fā)送緩沖器和2個接收緩沖器，可對其優(yōu)先權(quán)進行編程；    具有6個接收過濾器，2個接收過濾器屏蔽；    具有靈活的中斷管理能力；    采用低功耗CMOS工藝技術，其工作電壓范圍為3.05.5 V，有效電流為5 mA，維持電流為10A；    工作溫度范圍為-40+125。    1.2 結(jié)構(gòu)及工作原理    MCP2510有PDIP、SOIC和TSSOP三種封裝形式。圖2是MCP2510的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框

5、圖。CAN協(xié)議機負責與CAN總線的接口，SPI接口邏輯用于實現(xiàn)同MCU的通信，而寄存、緩沖器組與控制邏輯則用來完成各種方式的設定和操作控制?，F(xiàn)結(jié)合其工作過程將各部分的功能、原理作一介紹。    （1） 收發(fā)操作    MCP251O的發(fā)送操作通過3個發(fā)送緩沖器來實現(xiàn)。這3個發(fā)送緩沖器各占據(jù)14字節(jié)的SRAM。第1字節(jié)是控制寄存器TXBNCTRL，該寄存器用來設定信息發(fā)送的條件，且給出了信息的發(fā)送狀態(tài)；第26字節(jié)用來存放標準的和擴展的標識符以及仲裁信息；最后8字節(jié)則用來存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。在進行發(fā)送前，必須先對這些寄存器進行初始化。&

6、#160;   （2） 中斷管理    MCP25lO有8個中斷源，包括發(fā)送中斷、接收中斷、錯誤中斷及總線喚醒中斷等。利用中斷使能寄存器（CANINTE）和中斷屏蔽寄存器（CANINTF）可以方便地實現(xiàn)對各種中斷的有效管理。當有中斷發(fā)生時，INT引腳變?yōu)榈碗娖讲⒈３衷诘碗娖剑钡組CU清除中斷為止。    （3） 錯誤檢測    CAN協(xié)議具有CRCF錯誤、應答錯誤、形式錯誤、位錯誤和填充錯誤等檢測功能。MCP2510內(nèi)含接收出錯計數(shù)器（REC）和發(fā)送出錯計數(shù)器（TEC）兩個錯誤計數(shù)器

7、。因而對網(wǎng)絡中的任何一個節(jié)點來說，都有可能因為錯誤汁數(shù)器的數(shù)值不同而使其處于錯誤一激活、錯誤一認可和總線-脫離3種狀態(tài)之一。    2.MCP2510在智能節(jié)點中的應用實例    利用MCP2510和CAN總線收發(fā)器TJA1050可構(gòu)成一個CAN總線分布式測控網(wǎng)絡。系統(tǒng)可包括一個主控制器和多個節(jié)點控制器，這種節(jié)點控制器可對電動機的電流、電壓及周圍的溫度進行監(jiān)控，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。    這種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)采用了總線式結(jié)構(gòu)和無源抽頭連接，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低，因而系統(tǒng)的可靠性較高。其信息傳輸采用CAN通信協(xié)議，

8、通信介質(zhì)采用雙絞線。由于CAN總線是基于發(fā)送報文的編碼，不對CAN控制節(jié)點進行編碼，故系統(tǒng)的可擴充性比較好，同時增刪CAN總線上的控制節(jié)點不會對系統(tǒng)的其余節(jié)點造成任何影響。節(jié)點控制器的MCU可選用具有SPI接口的微處理器，也可采用不帶SPI接口的微處理器。本系統(tǒng)采用的是不帶SPI接口的微處理器AT89C51。AT89C51可通過P1口與CAN控制器的SPI接口直接相連，并用軟件算法來實現(xiàn)SPI接口協(xié)議。CAN總線收發(fā)器TJA1050則作為MCP25l0與物理總線的接口。如果需要進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，則可在MCP2510和TJAl050之間再加一個光電隔離器。  

9、60; 智能節(jié)點電路原理圖如圖4所示。    2.1 軟件設計    MCP2510正常工作之前，需要進行正確的初始化，包括設置SPI接口的數(shù)據(jù)傳輸速率、CAN通信的波特率、MCP2510的接收過濾器和屏蔽器以及發(fā)送和接收中斷允許標志位等。與SJA1000不同的是，單片機對MCP2510的接收緩沖器和發(fā)送緩沖器的操作，必須通過SPI接口用MCP2510內(nèi)置讀寫命令來完成。其讀、寫命令時序圖如圖5和圖6所示。    本文中MCP2510主要采取中斷模式進行總線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。整個系統(tǒng)主序提供兩種中斷：定時

10、器中斷和外部中斷。定時器中斷的中斷子程序主要負責處理來自模擬通道AIN0AIN7的A/D數(shù)據(jù)，向MCP2510發(fā)送“數(shù)據(jù)發(fā)送請求命令”以及發(fā)送數(shù)據(jù)。外部中斷的中斷處理子程序主要包括CAN總線錯誤處理子程序和數(shù)據(jù)接收子程序。    2.2 軟件主體設計流程    軟件主體設計流程如圖7所示。軟件設計時需要注意以下問題：    因為MCP2510在初始化完成后處于默認Config-uration模式下，所以就需要在MCP2510的初始化完后將其置為Normal模式，否則MCP2510將一直停留在Configu

11、ration模式下，不能正常進行工作。將MCP2510置Normal模式可通過使用MCP2510內(nèi)置的BitModify（位修改）4指令向CANCTRL控制字寫入一個0字節(jié)來實現(xiàn)。    在對MCP2510進行任何操作之前，都要由微處理器向MCP2510的片選CS輸出一個低電平，使得MCP2510選通。    在執(zhí)行MCP2510的“讀”操作時，發(fā)送完讀指令及其地址碼之后，仍然需要向MCP2510提供時鐘，以接收“讀”到的數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^向MCP2510發(fā)送一個0字節(jié)來實現(xiàn)。    在對MCP2510完成任

12、意操作后，都要延時一段時間，使其有足夠的時間來準備接收下次操作的命令，防止出現(xiàn)MCP2510“忙”的情況。    3.總結(jié)    CAN總線已被公認為是最有前途的幾種現(xiàn)場總線之一。因其性價比高、實現(xiàn)簡單等突出優(yōu)點深受越來越多的研發(fā)人員的青睞。本文的智能節(jié)點可聯(lián)結(jié)多個集散控制系統(tǒng)，其軟硬件電路的設計方法同樣適合于其他基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)的節(jié)點設汁。<<上一頁 / =CAN通信程序= #include <PIC.h>#include <PIC16f87x.h>#include <mcp2

13、510.h> / MCP2510寄存器定義 / =常數(shù)和變量定義= #define READ 0x03 / 讀MCP2510指令代碼 #define WRITE 0x02 / 寫MCP2510指令代碼 #define RESET 0xC0 / 復位MCP2510指令代碼 #define RTS 0x80 / MCP2510請求發(fā)送指令代碼 #define STA2510 0xA0 / 讀MCP2510狀態(tài)指令代碼 #define BITMOD 0x05 / MCP2510位修改指令代碼 int a12; / SPI發(fā)送或接收數(shù)據(jù)寄存器int b8; / 發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)int c8; /

14、 發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)int i; / 臨時變量int count; / 發(fā)送接收計數(shù)器int count1=0; / for testint RecID_H=0;int RecID_L=0;int DLC=8;void SPIINT();void TMR1INT();void CCP1INT();void SPIEXCHANGE(int count);void WAIT_SPI();void RESET2510();int RD2510(int adress,int n);void WR2510(int adress,int n);void RTS2510(int RTSn);int GETS2

15、510();void BM2510(int adress,int mask,int data);void SETNORMAL();void TXCOMPLETE(int adress);void TXMSG(int DLC);int RXMSG();void INIT2510();void INIT877();void INITSPI();void ACK();void wait();/ =主程序= main(void) int l,detect=0; SSPIE=1; TMR1IE=1; CCP1IE=1; CCP2IE=1; PEIE=1; ei(); / 開中斷 INIT877(); /

16、 初始化PIC16F877芯片 INITSPI(); / 初始化SPI接口 INIT2510(); / 初始化MCP2510芯片 flag1=0; flag2=0; CCP1CON=0x05; CCP2CON=0x04; while(1) RXMSG(); TXMSG(8); / =中斷服務程序= / SPI中斷服務子程序 void SPIINT() SSPIF=0; ai+=SSPBUF; / 數(shù)據(jù)暫存a中 count-=1; if(count>0) SSPBUF=ai;/ 未發(fā)送完，繼續(xù) else RE2=1; / 否則，片選信號置高電平 return;/ TMR1中斷服務子程序 v

17、oid TMR1INT() TMR1IF=0; T1CON=0; if(!flag1) TMR1H=0xfe; / 512 s 脈沖寬度 TMR1L=0x00; T1CON=0x01; PORTD=0xff; / 輸出所有通道 flag1=1; else flag1=0; PORTD=0; T1CON=0; return;/ CCP1中斷服務子程序 void CCP1INT() CCP1IF=0; T1CON=0x01; return;/ CCP2中斷服務子程序 void CCP2INT() CCP2IF=0; T1CON=0x01; return;/ 中斷入口，保護現(xiàn)場，判中斷類型 void

18、 interrupt INTS() di(); if(TMR1IF) TMR1INT(); / 定時器TMR1中斷 else if(CCP1IF) CCP1INT(); / 電壓過零捕捉中斷1 else if(CCP2IF) CCP2INT(); / 電壓過零捕捉中斷2 else if(SSPIF) SPIINT(); / SPI接口中斷 ei();/ =子程序= / 啟動SPI傳送 void SPIEXCHANGE(count) int count; if(count>0) / 有數(shù)據(jù)可送？ i=0; RE2=0; / 片選位置低電平 SSPBUF=ai; / 送數(shù) else ; /

19、否則，空操作，并返回 return;/ 等待SPI傳送完成 void WAIT_SPI() do ; while(count>0); / 當count!=0時，等待 to add "CLRWDT" return;/ 對MCP2510芯片進行復位 void RESET2510() a0=RESET; count=1; SPIEXCHANGE(count); / 送復位指令 WAIT_SPI(); return;/ 讀取從地址"adress"開始的寄存器中的數(shù)據(jù)，共n個，存放在數(shù)組bn中 int RD2510(adress,n) int adress;

20、 int n; int j; a0=READ; a1=adress; for(j=0;j<n;j+) aj+2=0; count=n+2; / 指令、地址和要得到的數(shù)據(jù)量n SPIEXCHANGE(count); WAIT_SPI(); for(j=0;j<n;j+) bj=aj+2;/ 數(shù)據(jù)存到數(shù)組b中 return;/ 向從地址"adress"開始的寄存器寫入數(shù)據(jù)，共n個，數(shù)據(jù)存放數(shù)組bn中 void WR2510(adress,n) int adress; int n; int j; a0=WRITE; a1=adress; for(j=0;j<n;

21、j+) aj+2=bj; count=n+2; / 指令、地址和要寫入的數(shù)據(jù)量n SPIEXCHANGE(count); WAIT_SPI(); return;/ MCP2510芯片請求發(fā)送程序 void RTS2510(RTSn) int RTSn; a0=RTSRTSn; count=1; SPIEXCHANGE(count); / 發(fā)送MCP2510芯片，請求發(fā)送指令 WAIT_SPI(); return;/ 讀取MCP2510芯片的狀態(tài) int GETS2510() a0=STA2510; a1=0; count=2; SPIEXCHANGE(count); / 讀取MCP2510芯片

22、狀態(tài) WAIT_SPI(); b0=a1; / 狀態(tài)存到數(shù)組b中 return;/ 對MCP2510芯片進行位修改子程序 void BM2510(adress,mask,data) int adress; int mask; int data; a0=BITMOD; / 位修改指令 a1=adress; / 位修改寄存器地址 a2=mask; / 位修改屏蔽位 a3=data; / 位修改數(shù)據(jù) count=4; SPIEXCHANGE(count); WAIT_SPI(); return;/ 設置MCP2510芯片為正常操作模式 void SETNORMAL() int k=1; BM2510

23、(CANCTRL,0xe0,0x00); / 設置為正常操作模式 do RD2510(CANSTAT,1); k=b0&0xe0; while(k); / 確認已進入正常操作模式 return;/ 對MCP2510進行初始化 void INIT2510() RESET2510(); / 使芯片復位 b0=0x02; b1=0x90; b2=0x07; WR2510(CNF3,3); / 波特率為 125 kbps b0=0x00; b1=0x00; WR2510(RXM0SIDH,2); b0=0x00; b1=0x00; WR2510(RXF0SIDH,2); / RX0接收，屏蔽位為0，過濾器為0 b0=0x00; WR2510(CANINTE,1); / CAN中斷不使能 SETNORMAL(); / 設置為正常操作模式 return;/ MCP2510芯片發(fā)送完成與否判斷，郵箱號為adress void TXCOMPLETE(adress)int adress; int k=1; do RD2510(adress,1); k=b0&0x08; while(k); / 確認是否已發(fā)送完畢 to add CLRWDT