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基于ADμC812的CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計
摘要：介紹了一種用單片機ADμC812、CAN總線控制器SJA1000和CAN總線驅(qū)動器POA82C250組成的CAN總線智能節(jié)點的設(shè)計方案，給出了該節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計方法，同時介紹了CAN總線的主要特點。１ 引言
ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）總線協(xié)議最初是以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國ＢＯＳＣＨ公司開發(fā)的，它是一種支持分布式實時控制系統(tǒng)的串行通信局域網(wǎng)。目前，ＣＡＮ總線以其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的檢測和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信中。ＣＡＮ總線具有以下一些技術(shù)特性：
●多主方式工作，采用非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)；
●借助接收濾波可實現(xiàn)多地址的幀傳送；
●數(shù)據(jù)采用短幀結(jié)構(gòu)，抗干擾性強，數(shù)據(jù)幀的信息ＣＲＣ校驗及其它錯誤檢測措施完善；
●發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯而遭破獲的幀可以自動重發(fā)；
●嚴(yán)重錯誤時可自動關(guān)閉總線功能，以使總線其它操作不受影響。
ＣＡＮ總線符合ＩＳＯ１１８９８標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速率為１ＭＢ／ｓ時?傳輸距離最大為４０ｍ；傳輸速率為５ｋＢ／ｓ時的最大傳輸距離為１０ｋｍ。ＣＡＮ總線的傳輸介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜等。由于ＣＡＮ總線是一種很有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線，因此?得到了國際上很多大公司的支持，加之基于ＣＡＮ總線的硬件接口簡單，編程方便，系統(tǒng)容易集成。因此?它特別適用于系統(tǒng)分布比較分散、實時性要求高、現(xiàn)場環(huán)境干擾大的場合。
２ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于ＣＡＮ總線采用多主方式工作，所以它具有與ＤＣＳ控制系統(tǒng)不一樣的拓撲結(jié)構(gòu)。其控制系統(tǒng)的構(gòu)成由計算機和智能節(jié)點組成，圖１所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)最大的特點就是所有的節(jié)點（包括上位ＰＣ機）都能以平等的地位掛接在總線上。一個ＣＡＮ總線節(jié)點通常至少包括三個部分，即負責(zé)節(jié)點任務(wù)控制的單片機、ＣＡＮ總線控制器以及ＣＡＮ總線收發(fā)器。本文給出的就是一個可完成數(shù)據(jù)采集功能的ＣＡＮ節(jié)點的設(shè)計方法。
３ ＣＡＮ節(jié)點的硬件設(shè)計
本ＣＡＮ節(jié)點的電路原理簡圖如圖２所示。該電路的三個核心器件是單片機ＡＤμＣ８１２?１?、獨立的ＣＡＮ總線控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線驅(qū)動器ＰＣＡ８２Ｃ２５０。其中ＳＪＡ１０００?２?和ＰＣＡ８２Ｃ２５０兩者的組合應(yīng)用已經(jīng)在很多ＣＡＮ總線節(jié)點的設(shè)計中用到，而本設(shè)計的特點就在于，它是根據(jù)要完成數(shù)據(jù)采集功能這一具體要求來選用微控制器ＡＤμＣ８１２。圖２中的串行接口芯片ＭＡＸ２３２作為ＡＤμＣ８１２與ＰＣ機的串口連接，它的使用是由該單片機的調(diào)試特點決定的。
ＡＤμＣ８１２是高度集成、高精度１２位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該產(chǎn)品在其內(nèi)核中集成了帶有片內(nèi)可重編程非易失性閃速／電擦除程序存儲器的高性能８位（與８０５１兼容）ＭＣＵ和多通道（８個輸入通道）１２位ＡＤＣ。
由于ＡＤμＣ８１２只需要通過其串口模塊和計算機的串口進行連接，而不需要額外的仿真器，因而可利用ＡＤＩ公司的ＱＵＩＣＫＳＴＡＲＴ軟件來實現(xiàn)程序的在線下載、在線調(diào)試和在線仿真，從而極大地提高了工作效率。這也是本設(shè)計使用ＭＡＸ２３２的原因。
該系統(tǒng)在工作時，首先將從前面?zhèn)鞲衅魉蛠淼墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號（４～２０ｍＡ或１～５Ｖ）通過調(diào)理電路變?yōu)椋啊玻担值哪M電壓信號輸入至ＡＤμＣ８１２的Ｐ０．０～Ｐ０．７ （ＡＤ０～ＡＤ７）引腳（根據(jù)實際情況確定所需ＡＤ端口的數(shù)量），然后通過程序控制，再將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字信息通過ＳＪＡ１０００和ＰＣＡ８２Ｃ２５０送到ＣＡＮ總線上的相關(guān)節(jié)點。
ＳＪＡ１０００作為微控制器的片外擴展芯片，其片選引腳ＣＳ應(yīng)接在微控制器的Ｐ２．０上，以用于決定ＣＡＮ控制器各寄存器的地址。ＳＪＡ１０００通過ＣＡＮ總線驅(qū)動器ＰＣＡ８２Ｃ２５０連接在物理總線上。ＰＣＡ８２Ｃ２５０器件可提供對總線的差動發(fā)送能力和對ＣＡＮ控制器的差動接受能力，它同時完全和“ＩＳＯ１１８９８”標(biāo)準(zhǔn)兼容。為進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，一般在ＣＡＮ總線控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線驅(qū)動器ＰＣＡ８２Ｃ２５０之間加接６Ｎ１３７光電隔離芯片，只不過在圖２中沒有表示出來。由于通信信號傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點時會發(fā)生反射，而且反射信號會干擾正常信號的傳輸，因此，總線兩端應(yīng)接有終端電阻Ｒ１、Ｒ２，以消除反射信號，其阻值應(yīng)當(dāng)與傳輸電纜的特性阻抗大致相當(dāng)。
４ ＣＡＮ節(jié)點的軟件設(shè)計
本節(jié)點的軟件編程主要包括Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換（ＡＤＣ）、ＣＡＮ控制器的初始化、ＣＡＮ總線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等幾個部分。主程序的流程圖如圖３所示。
下面分別對這幾個主要部分的程序設(shè)計做一介紹。
４．１ Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換部分
筆者在本設(shè)計中采用的是單步Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換模式，并將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換結(jié)果存入指定的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。具體步驟如下：
（１）通過設(shè)置ＡＤＣ控制寄存器（ＡＤＣＣＯＮ１和ＡＤＣＣＯＮ２）的值來確定Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的工作狀態(tài)和采樣通道號；
（２）使能ＡＤＣ中斷，置位ＳＣＯＮＶ位以啟動單步Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換；
（３）等待響應(yīng)ＡＤＣ中斷，并進入中斷服務(wù)程序；
（４）把采樣所得的數(shù)據(jù)從ＡＤＣＤＡＴＡＬ和ＡＤＣ-ＤＡＴＡＨ兩個特殊寄存器
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