- 相关推荐
基于ADμC812的CAN总线智能节点的设计
摘要：介绍了一种用单片机ADμC812、CAN总线控制器SJA1000和CAN总线驱动器POA82C250组成的CAN总线智能节点的设计方案，给出了该节点的硬件结构和软件设计方法，同时介绍了CAN总线的主要特点。１ 引言
ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）总线协议最初是以研发和生产汽车电子产品著称的德国ＢＯＳＣＨ公司开发的，它是一种支持分布式实时控制系统的串行通信局域网。目前，ＣＡＮ总线以其高性能、高可靠性、实时性等优点，而被广泛应用于控制系统中的检测和执行机构之间的数据通信中。ＣＡＮ总线具有以下一些技术特性：
●多主方式工作，采用非破坏性的基于优先权的总线仲裁技术；
●借助接收滤波可实现多地址的帧传送；
●数据采用短帧结构，抗干扰性强，数据帧的信息ＣＲＣ校验及其它错误检测措施完善；
●发送期间丢失仲裁或由于出错而遭破获的帧可以自动重发；
●严重错误时可自动关闭总线功能，以使总线其它操作不受影响。
ＣＡＮ总线符合ＩＳＯ１１８９８标准，最大传输速率为１ＭＢ／ｓ时?传输距离最大为４０ｍ；传输速率为５ｋＢ／ｓ时的最大传输距离为１０ｋｍ。ＣＡＮ总线的传输介质可为双绞线、同轴电缆等。由于ＣＡＮ总线是一种很有发展前景的现场总线，因此?得到了国际上很多大公司的支持，加之基于ＣＡＮ总线的硬件接口简单，编程方便，系统容易集成。因此?它特别适用于系统分布比较分散、实时性要求高、现场环境干扰大的场合。
２ 系统结构
由于ＣＡＮ总线采用多主方式工作，所以它具有与ＤＣＳ控制系统不一样的拓扑结构。其控制系统的构成由计算机和智能节点组成，图１所示是其系统结构。该系统最大的特点就是所有的节点（包括上位ＰＣ机）都能以平等的地位挂接在总线上。一个ＣＡＮ总线节点通常至少包括三个部分，即负责节点任务控制的单片机、ＣＡＮ总线控制器以及ＣＡＮ总线收发器。本文给出的就是一个可完成数据采集功能的ＣＡＮ节点的设计方法。
３ ＣＡＮ节点的硬件设计
本ＣＡＮ节点的电路原理简图如图２所示。该电路的三个核心器件是单片机ＡＤμＣ８１２?１?、独立的ＣＡＮ总线控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ总线驱动器ＰＣＡ８２Ｃ２５０。其中ＳＪＡ１０００?２?和ＰＣＡ８２Ｃ２５０两者的组合应用已经在很多ＣＡＮ总线节点的设计中用到，而本设计的特点就在于，它是根据要完成数据采集功能这一具体要求来选用微控制器ＡＤμＣ８１２。图２中的串行接口芯片ＭＡＸ２３２作为ＡＤμＣ８１２与ＰＣ机的串口连接，它的使用是由该单片机的调试特点决定的。
ＡＤμＣ８１２是高度集成、高精度１２位数据采集系统，该产品在其内核中集成了带有片内可重编程非易失性闪速／电擦除程序存储器的高性能８位（与８０５１兼容）ＭＣＵ和多通道（８个输入通道）１２位ＡＤＣ。
由于ＡＤμＣ８１２只需要通过其串口模块和计算机的串口进行连接，而不需要额外的仿真器，因而可利用ＡＤＩ公司的ＱＵＩＣＫＳＴＡＲＴ软件来实现程序的在线下载、在线调试和在线仿真，从而极大地提高了工作效率。这也是本设计使用ＭＡＸ２３２的原因。
该系统在工作时，首先将从前面传感器送来的工业标准信号（４～２０ｍＡ或１～５Ｖ）通过调理电路变为０～２．５Ｖ的模拟电压信号输入至ＡＤμＣ８１２的Ｐ０．０～Ｐ０．７ （ＡＤ０～ＡＤ７）引脚（根据实际情况确定所需ＡＤ端口的数量），然后通过程序控制，再将Ａ／Ｄ转换所得的数字信息通过ＳＪＡ１０００和ＰＣＡ８２Ｃ２５０送到ＣＡＮ总线上的相关节点。
ＳＪＡ１０００作为微控制器的片外扩展芯片，其片选引脚ＣＳ应接在微控制器的Ｐ２．０上，以用于决定ＣＡＮ控制器各寄存器的地址。ＳＪＡ１０００通过ＣＡＮ总线驱动器ＰＣＡ８２Ｃ２５０连接在物理总线上。ＰＣＡ８２Ｃ２５０器件可提供对总线的差动发送能力和对ＣＡＮ控制器的差动接受能力，它同时完全和“ＩＳＯ１１８９８”标准兼容。为进一步提高系统的抗干扰能力，一般在ＣＡＮ总线控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ总线驱动器ＰＣＡ８２Ｃ２５０之间加接６Ｎ１３７光电隔离芯片，只不过在图２中没有表示出来。由于通信信号传输到导线的端点时会发生反射，而且反射信号会干扰正常信号的传输，因此，总线两端应接有终端电阻Ｒ１、Ｒ２，以消除反射信号，其阻值应当与传输电缆的特性阻抗大致相当。
４ ＣＡＮ节点的软件设计
本节点的软件编程主要包括Ａ／Ｄ转换（ＡＤＣ）、ＣＡＮ控制器的初始化、ＣＡＮ总线数据的发送和接收等几个部分。主程序的流程图如图３所示。
下面分别对这几个主要部分的程序设计做一介绍。
４．１ Ａ／Ｄ转换部分
笔者在本设计中采用的是单步Ａ／Ｄ转换模式，并将Ａ／Ｄ转换结果存入指定的数据存储区。具体步骤如下：
（１）通过设置ＡＤＣ控制寄存器（ＡＤＣＣＯＮ１和ＡＤＣＣＯＮ２）的值来确定Ａ／Ｄ转换的工作状态和采样通道号；
（２）使能ＡＤＣ中断，置位ＳＣＯＮＶ位以启动单步Ａ／Ｄ转换；
（３）等待响应ＡＤＣ中断，并进入中断服务程序；
（４）把采样所得的数据从ＡＤＣＤＡＴＡＬ和ＡＤＣ-ＤＡＴＡＨ两个特殊寄存器
【基于ADμC812的CAN总线智能节点的设计】相关文章：
基于单片机的CAN智能总线节点的设计03-07
CAN智能节点的设计03-19
基于PCI总线的CAN卡的设计与实现03-18
基于CAN总线的汽车液晶仪表设计03-07
基于串行外设接口(SPI)的CAN总线隔离扩展设计03-18