CAN現場總線教學中的疑難問題及對策

【摘要】目前的CAN現場總線教學，由于條件限制，只有理論講授而缺少實踐的環節，在教學過程中，學生的學習積極性不高，主要原因是對某些概念理解不太透徹，也不熟悉獨立CAN控制器的使用。針對上述問題，在使用CAN現場總線試驗板的基礎上，本文提出了具體的解決辦法。經實踐驗證，我們所提出的方法能提高學生學習CAN現場總線的興趣，加深學生對問題的理解，效果良好。

【關鍵詞】CAN現場總線 學習積極性 獨立CAN控制器 試驗板

【中圖分類號】G71【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）01-0049-02

1.引言

CAN現場總線是一種多主方式的串行通信總線， 由于其采用獨特的設計， 與一般的通信總線相比， 具有突出的可靠性、實時性和靈活性， 在工業控制領域中占有重要地位[1]。CAN現場總線的標準是開放的，而且其參考資料也比較齊全，學習CAN 現場總線以后，對理解和使用其它現場總線具有重大的促進意義[2]。我擔任了本科自動化專業《CAN現場總線》這門課的教學任務，在教學過程中，我發現學生的學習積極性不高，參與性不強。通過與學生的交流，我發現學生對所講授知識的某些方面難以理解，因而沒有學習的興趣和動力[3]。

2.教學中所存在的問題

通過與學生的交流，我發現學生對CAN總線通訊協議的理解還是比較到位的。比如：對CAN總線的多主機、多播、遠程數據請求等概念、非破壞性優先權逐位仲裁、幀類型、錯誤及處理等技術標準的理解。

而學生難以掌握的內容主要集中在對SJA1000獨立CAN控制器的使用上。主要包括：

（1）對報文濾波的概念理解不是很清晰。這點在SJA1000獨立CAN控制器的使用上主要表現為：不知道如何根據需要設置SJA1000的驗收代碼寄存器和驗收屏蔽寄存器的值。

（2）不熟悉SJA1000獨立CAN控制器TX0、TX1、RX0、RX1管腳的使用及其初始化設置。

（3）不知道SJA1000獨立CAN控制器三種錯誤中斷（即總線錯誤中斷，錯誤消極中斷和錯誤報警中斷）的不同和處理方法。

（4）不清楚SJA1000獨立CAN控制器的初始化過程。

3.針對問題所提出的解決方法

通過分析，上述問題出現的主要原因是受到教學條件的限制，只有理論講授而沒有實踐環節，學生沒有學習的興趣，感覺所學知識比較空洞、難以理解。

針對CAN現場總線教學中出現的問題，通過與其他老師的交流和查閱資料[4]，我設計了CAN現場總線試驗板[4]，如圖1所示。我們可以使用一塊試驗板進行不同獨立CAN控制器的通訊試驗，也可以用多塊試驗板進行相同獨立CAN控制器的通訊試驗。

結合所設計的CAN總線試驗板，我提出了相應的解決方法：

（1）針對學生對報文濾波的概念理解不清晰的問題。在加強概念細節講授的同時，我們總結出了設置SJA1000的驗收代碼寄存器（ACR）和驗收屏蔽寄存器（AMR）的口訣：對于該節點接收的所有數據幀和遠程幀的識別碼，驗收代碼寄存器，值相同的位寫其值、不同的位隨便；驗收屏蔽寄存器，值相同的位寫0，不同的位寫1。其操作過程如圖2所示，圖中x表示任意值。同時，我們讓學生在編好的程序中自己根據理解修改SJA1000的驗收代碼寄存器和驗收屏蔽的值，拿幾塊CAN試驗板進行通訊，驗證其設置值的正確性。

（2）對于學生不熟悉SJA1000獨立CAN控制器TX0、TX1、RX0、RX1管腳的使用及其初始化設置的問題。經分析，現在的SJA1000獨立CAN控制器都與獨立的CAN收發器一起使用，所以我們只使用TX0和RX0管腳用于SJA1000和獨立CAN收發器之間的通訊，因而SJA1000的輸出控制寄存器（OCR）一般設置為00011010B（二進制）。

（3）針對學生不知道SJA1000獨立CAN控制器三種錯誤中斷的不同和處理方法的問題。分析可知，這主要是大部分資料都是直接翻譯其數據手冊，解釋不清晰，所以學生難以理解。我們把此問題總結如下：當CAN節點出現5種錯誤（位錯誤，填充錯誤，CRC校驗錯誤，應答錯誤，格式錯誤）中的任何錯誤時就產生總線錯誤中斷，其一般的處理方法是軟件復位SJA1000獨立CAN控制器；當SJA1000的接收錯誤計數（RXERR）器或發送錯誤計數器（TXERR）的值大于報警計數器（EWLR）的值，就產生錯誤報警中斷，根據高級CAN通訊協議的習慣[5]，我們采取的基本處理方法是控制一個紅色發光二極管以1Hz（占空比1：1）的頻率閃爍。當SJA1000的接收錯誤計數器或發送錯誤計數器的值大于127時，產生錯誤消極中斷，其處理過程一般為監測接收錯誤計數器或發送錯誤計數器的值，當值達到255時，控制閃爍的紅色LED燈進入常亮狀態。

（4）針對學生不清楚SJA1000獨立CAN控制器的初始化過程的問題。我們總結了SJA1000的初始化步驟：①進入復位模式，②初始化命令寄存器（模式選擇、波特率、輸出控制），③初始化驗收濾波寄存器和驗收屏蔽寄存器，④初始化中斷，⑤ 清空接收錯誤計數器、發送錯誤計數器和錯誤代碼捕捉寄存器，⑥進入工作模式。同時，我們讓學生在編好的程序中自己根據理解修改SJA1000的初始化程序，并在一塊試驗板上與已經調試成功的MCP2515現場總線模塊通訊，驗證其初始化過程的正確性。

4.總結

上述問題的解決方法在實踐教學中應用之后，對學生解決CAN現場總線學習中所遇見的問題有很大的幫助。特別是把CAN現場總線試驗板應用于教學過程后，學生的學習興趣更加濃厚，對所遇到問題的理解更加透徹，對CAN現場總線用途的認識更為深刻。希望在以后的教學過程中不斷改進，提出更好的教學方法，來激發學生的學習興趣，增強學習效果。

參考文獻：

[1]吳欽偉.工業儀表與裝置智能化網絡化的進展[J].自動化博覽.2001，18（5）：1-6.

[2]牛躍聽，周立功，方丹. CAN總線嵌入式開發：從入門到實戰[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2012.52-59.

[3]唐永紅，鄭金吾.現場總線在實踐教學中的應用[J].現代電子技術.2009（22）：170-172.

[4]陳勇，張昌華，劉群英.“現場總線技術”課程研究型教學方案的探討[J].中國電力教育.2009，7（141）：85-87.

[5]王黎明，夏力，邵英，閆曉玲.CAN現場總線系統的設計與應用[M].北京：電子工業出版社，2008.400-415.