1 CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
如圖1所示,，本設(shè)計(jì)中通過帶有終端器(120歐電阻)的通信介質(zhì)(雙絞線)將上位機(jī)和底層模塊連接起來。實(shí)驗(yàn)中,，終端電阻和雙絞線阻抗的匹配確保了數(shù)據(jù)信號不會在總線的兩端反射,。上位機(jī)(主節(jié)點(diǎn))采用USB—CAN接口適配器(型號GYB507)，使PC機(jī)直接通過USB接口就可連入CAN總線網(wǎng)絡(luò),，成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CAN節(jié)點(diǎn),。配合總線通信測試軟件CANtool的使用，可直接配置PC機(jī)的發(fā)送與接收狀態(tài),，通信速率和報(bào)文濾波功能等,。同時(shí)，還可實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示網(wǎng)絡(luò)中各從節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信,，應(yīng)用簡單,、方便。
2 智能節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是將CPU與CAN總線控制器和總線收發(fā)器相連后再連入總線網(wǎng)絡(luò),，這樣使CPU外圍電路復(fù)雜化,，整個(gè)系統(tǒng)受外部影響較大,。為了解決這一問題，很多單片機(jī)廠商都將CAN控制器集成在單片機(jī)上,。本文中選用C8051F550該單片機(jī),，它是內(nèi)部集成的CAN控制器，完全按照BoshchCAN全功能的CAN模塊實(shí)現(xiàn),，符合CAN2．0B協(xié)議,，工作位速率可達(dá)1Mpbs?？刂破靼幸粋€(gè)CAN內(nèi)核,，消息緩沖區(qū)，報(bào)文處理狀態(tài)機(jī)和CAN控制寄存器,。通信控制器有32個(gè)消息對象,，可以配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù),，消息對象及其標(biāo)識符存儲在CAN消息緩沖區(qū)中,，能實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能及物理層大部分功能。CIP-51CPU可通過特殊功能寄存器直接或間接訪問CAN控制寄存器(CANOCN),，測試寄存器(CANOTST)和狀態(tài)寄存器(CANOSTA),。所有其它寄存器只能通過CANOADR，CANODATH和CANOTAL寄存器以地址索引方式間接訪問,。
CAN總線的驅(qū)動器采用隔離CAN總線收發(fā)器CTM1050，通信速率1Mbps,，至少可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn),。內(nèi)部集成的電氣輸入級隔離電路，可隔離高達(dá)2 500V的直流電壓,。輸入級兼容3．3V和5V的CAN控制器,，輸出級驅(qū)動具有溫度保護(hù)，內(nèi)部TVS管可防止總線過壓功能,。與傳統(tǒng)的PCA82C250總線收發(fā)器相比,，主要優(yōu)點(diǎn)是無需外加光耦可直接使用，外圍電路簡單,，安全,，可滿足工業(yè)現(xiàn)場惡劣條件的使用。圖2所示為C805117550與CTM1050的接口電路,。
3 智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
圖1中三個(gè)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的通信方式采用的是節(jié)點(diǎn)1,、3與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信工作方式。節(jié)點(diǎn)1,、3的微處理器C8051F550上電復(fù)位后,，自動采集模擬電壓信號,，通過C8051F550內(nèi)部集成的12位A／D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量發(fā)送到上位機(jī),。上位機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控,，如果收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以通過CANtool軟件,，發(fā)送自定義的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)標(biāo)識給兩個(gè)節(jié)點(diǎn),，兩節(jié)點(diǎn)收到該數(shù)據(jù)后，停止A／D采樣工作,。節(jié)點(diǎn)1,、3與節(jié)點(diǎn)2是主從工作方式。當(dāng)節(jié)點(diǎn)2的開關(guān)量有按鍵按下時(shí),，1,、3節(jié)點(diǎn)將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)在發(fā)送給節(jié)點(diǎn)2，并在節(jié)點(diǎn)2的LCD上顯示,。
3．1 初始化CAN控制器
C8051F550上電復(fù)位后,，控制寄存器CANOCN的INIT位和CCE位置‘1’。允許寄存器初始化并寫入設(shè)置信息,。需要寫入的寄存器主要包括位定時(shí)寄存器和擴(kuò)展寄存器,，命令掩碼寄存器。主要完成時(shí)序參數(shù)的配置和消息對象的初始化,。本設(shè)計(jì)中,，使用晶振頻率為11．05MHz，位定時(shí)設(shè)置為996．65～1000ns,。初始化程序如下：
3．2 CAN中斷服務(wù)程序
C8051F550的CAN支持的中斷方式有狀態(tài)中斷和模塊中斷,。狀態(tài)中斷方式是在報(bào)文成功傳輸或檢測到CAN總線出錯(cuò)時(shí)發(fā)生的。模塊中斷也稱消息中斷,。CAN控制器允許用戶按需求配置消息對象成為中斷源,。通過設(shè)置消息控制寄存器的中斷懸掛位可實(shí)現(xiàn)此功能。在CAN中斷寄存器中以最高優(yōu)先級來指向這些掛起的中斷,，而不考慮時(shí)序,。狀態(tài)中斷有最高優(yōu)先級，讀取狀態(tài)寄存器會自動清除狀態(tài)中斷值(8000h),。消息中斷優(yōu)先級是隨消息編號的增加而減小,。消息中斷是由清除消息對象的INTPND位來清除的。中斷服務(wù)流程圖如圖3所示,。
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)的總線通信網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)三個(gè)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的連調(diào),，系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案，使其具有較好的模塊化和可移植性,，對于不同的系統(tǒng)功能或不同的應(yīng)用環(huán)境,，可以方便地進(jìn)行編程重組,。
本文設(shè)計(jì)的CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)中的主從智能節(jié)點(diǎn)經(jīng)過試驗(yàn)調(diào)試，硬件電路工作正常,，在總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中抗干擾能力強(qiáng),。軟件部分實(shí)時(shí)性強(qiáng)，準(zhǔn)確率高,。從節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)地將信息傳送給主節(jié)點(diǎn),，以便主節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。整個(gè)節(jié)點(diǎn)通信系統(tǒng)工作穩(wěn)定,，可以滿足現(xiàn)場環(huán)境要求,。
在設(shè)計(jì)過程中，認(rèn)識到目前基于CAN2．0B協(xié)議的CAN控制器無法為實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)動態(tài)分配優(yōu)先權(quán),，基于事件觸發(fā)模式的訪問機(jī)制無法滿足眾多節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)訪問,。