【正文】 1 前言 現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。 CAN(Controller Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種多主方式的串 行通訊總線，數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)。與其它現(xiàn)場(chǎng)總線比較而言， CAN 總線具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、可靠性高、性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)。 本系統(tǒng)要在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn) CAN 總線的接口，通過(guò) CAN 總線，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)通訊。系統(tǒng)主要由四部分所構(gòu)成： PC 機(jī)、微控制器 80C5獨(dú)立 CAN通信控制器 SJA1000 和 CAN 總線收發(fā)器 PCA82C微處理器 80C51 負(fù)責(zé) SJA1000的初始化，通過(guò)控制 SJA1000 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等通信任務(wù)。 CAN總線節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括三大部分： CAN 節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接收。 本系統(tǒng)通過(guò)擴(kuò)展 CAN 總線控制器 SJA1000，在單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了 CAN 總線的接口，并且編寫了 SJA1000 的驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)讀寫其的內(nèi)部寄存器，完成工作方式的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器（ AMR）和接收代碼寄存器（ ACR）的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器（ IER）的設(shè)置等基本操作；利用各基本操作，完成了對(duì) SJA1000 的初始化，并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的某些功能往往不只一種方法和途徑，我們可以通過(guò)不同的方法實(shí) 現(xiàn)相同的功能，因此我們需要從各個(gè)角度進(jìn)行綜合考慮，如各個(gè)方案的可行性、實(shí)用性、穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)的難度等。從而選擇較好的一種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 下面對(duì)本設(shè)計(jì)的各個(gè) 模塊進(jìn)行方案對(duì)比，以選擇較為合理的設(shè)計(jì)方案。 硬件設(shè)計(jì) 硬件方案比較 方案一：本方案是基于三星公司的 ARM 微處理器 S3C2440 與 PHILIPS 公司的CAN 控制器 SJA1000 的嵌入式控制系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中， S3C2440 直接與 SJA10000相連接，由 S3C2440 控制 CAN 收發(fā)器。 S3C2440 是高速的微處理器，其最高的工作頻率可以達(dá)到 533MHz，且內(nèi)部資源十分豐富，十分適合嵌入式便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用和開發(fā)，該方案的框架圖如圖 所示。 但由于 S3C2440 的硬件電路連接十分復(fù)雜，對(duì)于繪制 PCB 板有很大的難度，且加工工藝要求比較高，一般是六層板加工工藝，對(duì)于單個(gè)加工來(lái)說(shuō)加工成本非常高，且使用起來(lái)也比 80C51 要復(fù)雜很多，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)很浪費(fèi)資源和成本。SJA1000 的設(shè)計(jì)是基于早期的 8051 單片機(jī)的應(yīng)用，對(duì)于從站控制器可以直接與單片機(jī)的總線相連接，但不能直接與 s3c2440 連接，因?yàn)?s3c2440 的地址總線和數(shù)據(jù)總線完全是分開的，所以還需要模擬出類似 80C51 單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器時(shí)序才能使用，這樣接口連接也不能夠直接對(duì)應(yīng)。 SJA1000 一般是 5V 電壓供電，而 s3c2440 一般為 供電，其接口電壓最高只能達(dá)到 ，所以電平也不兼容，要用特殊的轉(zhuǎn)接電路才能實(shí)現(xiàn)連接。這樣在硬件和軟件都增加了很大的難度，因此很難實(shí)現(xiàn)功能。 方案二：本方案通過(guò) PC 機(jī)進(jìn)行上位機(jī)控制， 80C51 與 PC 機(jī)串行通信，設(shè)置 SJA1000 工作于 Intel 模式，由 PC 機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入 SJA1000 并通過(guò) CAN收發(fā)器發(fā)送。接收數(shù)據(jù)是通過(guò)中斷進(jìn)行的， CAN 總線傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng) CAN 接口芯片 PCA82C250 接收并寫入 SJA1000 的 RXFIFO，然后通過(guò)中斷提請(qǐng) CPU 讀取，讀取的數(shù)據(jù)上傳送給 PC機(jī)。試驗(yàn)表明 ,CAN 總線的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率可達(dá) 1Mbit/s 同時(shí)能有 128 個(gè)從站系統(tǒng)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)性要求。其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 這種方案的好處在于硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單， SJA1000 的設(shè)計(jì)是基于早期的 8051單片機(jī)的應(yīng)用，其接口完全與 80C51 的外部總線接口兼容，電平也完全兼容，都為 5V 供電。上位機(jī)界面可以通過(guò)常見的編程軟件，其主要的編寫平臺(tái)有 Microsoft 公司的 Visual Basic 與 Visual C++， Borland 公司的 Delphi， Sybase 公司的 Power Builder 等，上位機(jī)控制界面通過(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)到主站的控制器，主控器再通過(guò) CAN 網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)從站控制器相連接，實(shí)現(xiàn)相互間通訊，交換相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這樣便可以采集到遠(yuǎn)處的實(shí)用信息。操作簡(jiǎn)單，界面設(shè)計(jì)更加容易。 硬件方案論證 方案一：由圖 ，該方案采用嵌入式系統(tǒng)， S3C2440 為 32位的高速微處理器，其內(nèi)部和外部資源豐富，能夠很好地支持多種操作系統(tǒng)，如： WinCE,uCosⅡ ,linux 等，通過(guò)操作系統(tǒng)能夠很方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和操作，給我們的程序編寫帶來(lái)了很大的 方便，本方案采用的是 linux 操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)在于可移植性很強(qiáng)，支持多種不同平臺(tái)的 MCU，對(duì) S3C2440 有很好的支持，其源代碼開源。系統(tǒng)用嵌入式 QT（ Embedded QT）做界面設(shè)計(jì)，界面更加友好，可通過(guò)觸摸屏、鼠標(biāo)和鍵盤對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，但由于 S3C2440 的硬件電路連接十分復(fù)雜，對(duì)于繪制 PCB 板有很大的難度，且加工工藝要求比較高，一般是六層板加工工藝，對(duì)于單個(gè)加工來(lái)說(shuō)加工成本非常高，且使用起來(lái)也比 80C51要復(fù)雜很多，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)很浪費(fèi)資源和成本。 SJA1000 的設(shè)計(jì)是基于早 期的8051 單片機(jī)的應(yīng)用，對(duì)于從站控制器可以直接與單片機(jī)的總線相連接，但不能直接與 s3c2440 連接，因?yàn)?s3c2440 的地址總線和數(shù)據(jù)總線完全是分開的，所以還需要模擬出類似 80C51 單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器時(shí)序才能使用，這樣接口連接也不能夠直接對(duì)應(yīng)。 SJA1000 一般是 5V電壓供電，而 s3c2440 一般為 供電，其接口電壓最高只能達(dá)到 ，所以電平也不兼容，要用特殊的轉(zhuǎn)接電路才能實(shí)現(xiàn)連接，硬件和軟件都增加了很大的難度，因此很難實(shí)現(xiàn)功能。 方案二：由圖 ，這種方案的硬件實(shí)現(xiàn)較為容易，結(jié)構(gòu)也比 較簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)的控制方式為 PC機(jī)作為人機(jī)交互的接口，硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單， SJA1000 的設(shè)計(jì)是基于早期的 8051 單片機(jī)的應(yīng)用，其接口完全與 80C51 的外部總線接口兼容，電平也完全兼容，都為 5V供電。上位機(jī)界面可以通過(guò)常見的編程軟件，界面設(shè)計(jì)容易，且操作簡(jiǎn)便。 硬件方案選擇 通過(guò)以上兩種方案的論證比較，結(jié)合本題，選擇方案二。方案二通過(guò) PC 機(jī)進(jìn)行上位機(jī)控制， 80C51 與 PC 機(jī)串行通信，設(shè)置 SJA1000 工作于 Intel 模式，由 PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入 SJA1000 并通過(guò) CAN 收發(fā)器發(fā)送。接收數(shù)據(jù)是通過(guò)中斷進(jìn)行的， CAN 總線傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng) CAN 接口芯片 PCA82C250 接收并寫入 SJA1000的 RXFIFO，然后通過(guò)中斷提請(qǐng) CPU 讀取，讀取的數(shù)據(jù)上傳送給 PC 機(jī)。試驗(yàn)表明 ,CAN 總線的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率可達(dá) 1Mbit/s同時(shí)能有 128 個(gè)從站系統(tǒng)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)性要求。 硬件設(shè)計(jì) 1. 芯片介紹 SJA1000： SJA1000 是一種獨(dú)立控制器 用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制 CAN 它是 PHILIPS 半導(dǎo)體 PCA82C200 CAN 控制器 BasicCAN 的替代產(chǎn)品 而且 它增加了一種新的工作模式 PeliCAN ,這種模式支持具有很多新特性的 CAN 協(xié)議。其特性如下： 和 PCA82C200 獨(dú)立 CAN 控制器引腳兼容 和 PCA82C200 獨(dú)立 CAN 控制器電氣兼容 PCA82C200 模式 即默認(rèn)的 BasicCAN 模式 擴(kuò)展的接收緩沖器 64 字節(jié) 先進(jìn)先出 FIFO 和 協(xié)議兼容 PCA82C200 兼容模式中的 同時(shí)支持 11 位和 29 位識(shí)別碼 位速率可達(dá) 1Mbits/s PeliCAN 模式擴(kuò)展功能 可讀 /寫訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器 可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制 最近一次錯(cuò)誤代碼寄存器 對(duì)每一個(gè) CAN 總線錯(cuò)誤的中斷 具體控制位控制的仲裁丟失中斷 單次發(fā)送 無(wú)重發(fā) 只聽模式 無(wú)確認(rèn) 無(wú)活動(dòng)的出錯(cuò)標(biāo) 志 支持熱插拔 軟件位速率檢測(cè) 驗(yàn)收濾波器擴(kuò)展 4 字節(jié)代碼 4 字節(jié)屏蔽 自身信息接收 自接收請(qǐng)求 24MHz 時(shí)鐘頻率 對(duì)不同微處理器的接口 可編程的 CAN 輸出驅(qū)動(dòng)器配置 增強(qiáng)的溫度適應(yīng) 40～ +125℃ 6N137：高速光隔，最高速度 10Mb／ s，用于保護(hù) CAN 控制器。 PCA82C250： CAN 總線收發(fā)器，是 CAN 控制器與 CAN總線的接口器件，對(duì) CAN總線差分式發(fā)送。 2. C