CAN總線的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究

【摘要】論文詳細(xì)介紹了基于CAN總線的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)整個(gè)過(guò)程。首先分析了CAN總線協(xié)議的技術(shù)規(guī)范，對(duì)廣泛采用的SJA1000控制器及在Pelican操作模式下各種寄存器功能進(jìn)行說(shuō)明，并總結(jié)歸納了MCS-51、PIC系列和ARM系列幾大類(lèi)目前用于CAN總線開(kāi)發(fā)的單片機(jī)芯片資料。

【關(guān)鍵詞】CAN總線；實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；單片機(jī)

CAN總線的兩層協(xié)議固化在它的相關(guān)芯片中，主要是總線控制器和總線收發(fā)器。CAN總線控制器具有完成CAN通信協(xié)議所要求的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的幾乎所有的功能。發(fā)展到今天，已經(jīng)有多個(gè)廠家的各種類(lèi)型的產(chǎn)品。既有獨(dú)立的CAN控制器芯片，如Philip的SJA1000，又有集成到微控制器中的控制器芯片，如8位的Philip的P8XC59X系列芯片，16位的Motorola的68HC912系列以及32位的Motorla的MC6837X系列芯片和帶CAN的DSP芯片，如T1的TMS320LF24系列芯片。前者比較靈活，可以與多種類(lèi)型的單片機(jī)、微型計(jì)算機(jī)的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行接口組合。后者在許多特定情況下，使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化和緊湊，效率提高。

一、CAN實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的單片機(jī)

單片機(jī)把運(yùn)算和控制所需要的最基本的部件都集成在統(tǒng)一塊芯片上，并可在上面運(yùn)行各種事先編好的軟件指令來(lái)使單片機(jī)分析各種不同的情況、控制各種外部設(shè)備或執(zhí)行不同的工作。用單片機(jī)構(gòu)成的電路往往具有體積小、成本低、功能強(qiáng)、可靠性高、功耗低、電路簡(jiǎn)潔、開(kāi)發(fā)和改進(jìn)容易等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此具有優(yōu)異的性能價(jià)格比，從而使它得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)的應(yīng)用意義不僅僅限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)利益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)思想，賦予了受控對(duì)象智能化特征，是控制技術(shù)上的一次飛躍。獨(dú)立的CAN控制器芯片需要外接一個(gè)微處理器，接受外部CPU的控制才能運(yùn)行。考慮到與MCS-51系列兼容的單片機(jī)在市場(chǎng)上占很大的份額，簡(jiǎn)要介紹帶CAN控制器的Philip單片機(jī)的P8XC591。P8XC591是一個(gè)單片8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制，采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功地包括了SJA1000的PeliCAN功能。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，改進(jìn)的1：1內(nèi)部時(shí)鐘分頻器在12MHZ外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期。

P8XC591在80C51和SJA1000基礎(chǔ)上增加的特點(diǎn)和功能：16KB內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM；3個(gè)16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器T0、T1、T2；CAN控制器；帶6路模擬輸入的10位ADC，可選擇快速8位ADC；2個(gè)8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出PWM；帶字節(jié)方式主、重功能的I2C總線串行IO口；片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器T3；保密位，32字節(jié)加密陣列；4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，15個(gè)中斷源；雙DPTR；可禁止ALE實(shí)現(xiàn)低EMI；軟件復(fù)位、上電檢測(cè)復(fù)位；ONCE在線仿真模式。增強(qiáng)的CAN接收中斷；擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器；驗(yàn)收濾波器可在運(yùn)行中改變。

二、CAN總線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

（1）本課題的研究擬在基于CAN總線技術(shù)基礎(chǔ)上搭建教

學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。第一階段從常用的CAN點(diǎn)通信的基本原理、協(xié)議與實(shí)踐入手，硬件軟件知識(shí)相結(jié)合，搭建起分布式CAN節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。第二段進(jìn)行CAN總線與上位機(jī)PC通信研究。直至形成完整系統(tǒng)的CAN實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制。（2）結(jié)合實(shí)驗(yàn)的具體情況，學(xué)生可分為若干實(shí)驗(yàn)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制，各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組面對(duì)節(jié)點(diǎn)的不同傳輸方式、不同種類(lèi)、不同格式的信息，實(shí)現(xiàn)基于AN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)下的通信。（3）由于CAN總線可以掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，易于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不斷創(chuàng)新及高實(shí)驗(yàn)效率提供了基礎(chǔ)。學(xué)生可通過(guò)查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自行選用驗(yàn)儀器設(shè)備，根據(jù)實(shí)際需要獨(dú)立設(shè)計(jì)和調(diào)試較復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮在實(shí)驗(yàn)中的主動(dòng)性。（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在保證系統(tǒng)可靠工作和降低成本的條件下，具有通用性、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。讓學(xué)生從軟硬件兩方面了解CAN總線設(shè)計(jì)應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程，使學(xué)生通過(guò)掌握CAN總線這一先進(jìn)技術(shù)的原理和基本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)所學(xué)的相關(guān)知識(shí)綜合有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

三、總結(jié)

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的CAN實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)通信模塊具有結(jié)構(gòu)合理，可靠性高，易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，學(xué)生可在此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成CAN通信基本實(shí)驗(yàn)，了解CAN應(yīng)用系統(tǒng)基本的開(kāi)發(fā)與調(diào)試步驟，掌握CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的一般通訊協(xié)議，掌握BasicCAN與PeliCAN模式，初始化/幀發(fā)送/幀接收，通訊速率設(shè)置，驗(yàn)收濾波設(shè)置等等。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)或者一點(diǎn)到多點(diǎn)及廣播方式的單幀與多幀，標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀，數(shù)據(jù)幀與遠(yuǎn)程幀的接收發(fā)送，使學(xué)生獲得對(duì)CAN總線的直觀認(rèn)識(shí)和了解，為今后的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]饒運(yùn)濤，鄒繼軍等．現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：北京航空航天出版社，2003（12）：56～72，154～155

[2]夏石頭．開(kāi)放研究型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室管理的改革與探索[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索．2004，23（2）