现场总线技术通信控制器SJA1000.ppt

工业控制网络 现场总线 4 2独立CAN控制器SJA1000 CAN控制器SJA1000的作用 实现网络层次结构中的数据链路层和物理层功能 PHILIPS公司生产 是PCA82C200的升级产品 CAN控制器SJA1000在系统中的位置 传感器执行元件 模块控制器 CAN控制器 CAN收发器 TX RX 传感器执行元件 微控制器 SJA1000 82C250 TX RX CAN总线 分布模块1 分布模块2 1特性 与PCA82C200独立CAN控制器引脚和电气兼容 具有PCA82C200模式 即默认的BasicCAN模式 扩展的接收缓冲器 64字节FIFO 有什么好处 可以在处理报文的时候接收其他报文 支持CAN2 0A和CAN2 0B协议 既支持11位标识符 也支持29位标识符 1特性 位速率最高可达1Mbps 支持PeliCAN扩展模式 最高24MHz时钟频率 方便与各种微控制器接口 可编程的CAN输出驱动器配置 增强的环境温度范围 40 125 2一般说明 SJA1000有两种工作模式 BasicCAN模式 与PCA82C200兼容的模式PeliCAN模式 扩展功能模式工作模式通过时钟分频寄存器中的CAN模式位来选择 复位默认模式是BasicCAN模式 两种封装形式 一种为28引脚的塑质双列式封装 DIP28 一种为28引脚的塑质小型线外封装 SO28 2一般说明 3方框图 解释来自CPU的命令 控制CAN寄存器的寻址 向主控制器提供中断信号和状态信息 4引脚排列 引脚定义 5 BasicCAN地址分配 SJA1000对微控制器而言是内存管理的I O器件 所以对SJA1000的编址是通过I O统一编址的 单片机对SJA1000的操作是通过操作SJA1000中的寄存器来实现的 SJA1000的地址区包括控制段和报文缓冲器 发送缓冲器和接收缓冲器 见表4 3BasicCAN地址分配表 BasicCAN地址分配 由AD7 AD0确定的地址 控制段在初始化加载期间 复位模式 是可被编程的 以配置通信参数 比如位定时 地址过滤等 CAN总线上的通信过程也由微控制器通过控制段来控制 BasicCAN地址分配 最多10字节 发送方将一个要发送的报文写入发送缓冲器 BasicCAN地址分配 最多10字节 微控制器从接收缓冲器中读取接收的报文 然后释放接收缓冲器以作后续使用 对寄存器的访问 有两种不同的模式 复位模式 在硬件复位后或控制器掉电时 会自动进入复位模式 运行模式 工作模式 是通过控制寄存器中的复位请求位的复位来激活的 控制寄存器 CR 用于改变CAN控制器的状态 这些位可以被相连接的微控制器置位或复位 微控制器可以对控制寄存器进行读 写操作 各个位的功能如下 工作过程 复位请求置位 初始化 复位请求复位 进入工作模式 对微控制器来说是只写存储器 如果对该地址进行读访问 返回值为 11111111 命令寄存器 CMR 各个位的功能如下 状态寄存器 SR 状态寄存器的内容反映SJA1000的状态 状态寄存器对微控制器来说是只读存储器 提供给用户以查询的方式来处理数据传输 各个位的功能如下 中断寄存器 IR 1 中断寄存器用作中断源的识别 2 当寄存器的一位或多位被置位时 INT引脚有效 低 引起中断 3 中断寄存器对微控制器来说是只读存储器 4 该寄存器被微控制器读过之后 所有位被复位 则 INT为1 中断信号自动清除 以免重新引起中断 各个位的功能如下 发送缓冲区 用来存储微控制器要发送的一个报文 发送缓冲区只有在工作模式下才可被微控制器写入和读出 在复位模式下读出的值是 FFH ID0 ID10为报文标识符 在仲裁过程中决定总线访问的优先级 值越低 优先级越高 其中ID10 ID3还用作地址过滤 远程发送请求位 1 远程帧 0 数据帧 数据长度码 决定数据区的长度 采用8421编码 最大为8 接收缓冲区 几点说明 1 接收缓冲区的整体配置和发送缓冲区相似 因为接收缓冲区的数据即是由发送缓冲区发送过来的数据 2 接收缓冲区是RXFIFO中可访问的部分 位于CAN地址的20 29之间 3 标识符 远程发送请求位 数据长度码和数据 除地址不同之外 具有与在发送缓冲区中所描述的相同含义和配置 4 RXFIFO共有64字节的报文空间 如果RXFIFO中没有足够的空间来存储新的报文 CAN控制器就会产生数据溢出 数据溢出发生时 已部分写入RXFIFO的当前报文将被删除 这种情况会通过状态位或数据溢出中断指示给微控制器 利用接收过滤器 CAN控制器只允许接收标识符位 ID10 ID3 与接收过滤寄存器中预设值相一致的报文进入RXFIFO中 接收过滤器通过接收码寄存器和接收屏蔽寄存器来定义 1 接收码寄存器 ACR 预设本地节点地址 接收过滤器 2 接收屏蔽寄存器 AMR 定义接收码寄存器与接收滤波的对应位的哪些位是 相关的 AM X 0 或 不予关心的 AM X 1 地址过滤方法 接收码位 AC 7 AC 0 本地节点地址 需预先设定 和报文标识符的高8位 ID 10 ID 3 必须在被接收屏蔽位 AM 7 AM 0 标定为相关的那些位的位置上相等 报文才被接收 思考题 CAN总线的发送器和接收器均使用SJA1000 采用CAN2 0A规范 发送器发送的4个报文的ID分别为 1 11001100001 2 11001101001 3 11001000001 4 11001001001 欲使接收器只接收报文 1 3 应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR 总线定时寄存器0的内容确定波特率预置器 BRP 和同步跳转宽度 SJW 的值 在复位模式下 此寄存器是可以被访问 读 写 的 总线定时寄存器0 BTR0 1 波特率预置器 BRP 决定CAN的系统时钟和位定时 可见 系统时钟频率最大只能为振荡频率的1 2 2 同步跳转宽度 SJW 为了补偿在不同总线控制器 SJA1000 的时钟振荡器之间的相移 任何总线控制器必须重同步于当前发送的任何相关信号沿 同步跳转宽度确定一个位时间可以被一次重同步所缩短或延长的时钟周期的最大数目 总线定时寄存器1的内容确定位周期的长度 采样点的位置和在每个采样点欲获取的采样数目 在复位模式 可读 写 各个位的定义如下 总线定时寄存器1 BTR1 采样位 时间段1 时间段2 1 采样位 SAM 2 时间段1 TSEG1 和时间段2 TSEG2 TSEG1和TSEG2决定每一位的时钟周期数目 即传送一个位的时间 和采样点的位置 这里定义 同步段 因为tscl 4tCLK 故波特率预设值BRP 000001 tTSEG1 6tscl 故TSEG1 0101 tTSEG2 3tscl 故TSEG1 010 采样点的位置在TSEG1的最后 采样3次 故SAM 1 故 位周期 tSYNCSEG tTSEG1 tTSEG2 10tSCL 思考题 使用晶振频率为16MHz的独立CAN控制器SJA1000 若BTR0 01H BTR1 1CH 则由其所决定的位速率是多少 250Kbps 输出控制寄存器允许由软件控制建立不同输出驱动的配置 在复位模式 可读 写 输出控制寄存器 OCR 各个位的定义如下 作用于TX1 作用于TX0 OCMODE位的设置 双向输出模式 在隐性位期间所有输出呈现 无效 悬空 而显性位交替在TX0和TX1上发送 即第一个显性位在TX0上发送 第二个在TX1上发送 第三个在TX0上发送 依次类推 将下一次系统时钟的上升沿RX上的电平反映到TXx上 位序列 TXD 通过TX0和TX1送出 TX0引脚和正常模式功能一样 TX1为系统时钟输出 输出引脚配置 OCPOLx决定输出极性 OCTPx OCTNx决定输出驱动的特性 悬空 上拉 下拉 推挽 推挽 1 控制输出给微控制器的CLKOUT频率 也可使CLKOUT引脚失效 禁止输出 2 控制TX1上的专用接收中断脉冲 接收比较器旁路 BasicCAN模式与PeliCAN模式的选择 3 在硬件复位后 寄存器的默认状态对Motorola模式为12分频 00000101 对Intel模式为2分频 00000000 4 软件复位或总线关闭时 此寄存器内容不受影响 时钟分频寄存器 CDR 各个位的定义如下 位CD 2 CD 0定义外部CLKOUT引脚上的频率 时钟关闭位 置1使外部CLKOUT引脚失效位RXINTEN 置1则允许TX1输出用来做专用接收中断输出位CBP 置位可以旁路CAN输入比较器 一般都采用这种模式 以减少内部延时 此时只有RX0起作用 RX1应接一个确定的电平位CAN模式 0 BasicCAN模式 1 PeliCAN模式 CAN控制器对寄存器的操作 初始化期间 确定CAN总线通信速率 位周期 总线定时寄存器0 总线定时寄存器1接收过滤 接收码寄存器 接收屏蔽寄存器输出驱动器配置 输出控制寄存器BsicCAN 默认 PeliCAN模式选择和时钟分频 时钟分频寄存器工作状态 发送数据 接收数据 发送缓冲器 接收缓冲器发送 接收数据过程当中的中断使能 状态指示以及命令设置 控制 状态和命令寄存器 4 3CAN控制器接口 PCA82C250 1特性2一般说明3方框图4引脚排列 5极限值6应用电路 CAN控制器接口芯片PCA82C250是协议控制器和物理传输线路之间的接口 对总线提供差动发送能力 对CAN控制器提供差动接收能力 PCA82C250的作用 1特性 与 ISO11898 标准 高速通信控制器局域网国际标准 完全兼容 高速率 可达1Mb s 具有抗汽车环境中瞬间干扰 保护总线的能力 采用斜率控制 以降低射频干扰 RFI 采用差分收发器 抗宽范围的共模干扰 抗电磁干扰 EMI 1特性 热保护 电源和地之间的短路保护 低电流待机模式 未上电节点不影响总线 总线可连接110个节点 工作温度范围 40 125 2一般说明 3方框图 起限流作用 用于防止发送输出级对电源 地或负载短路 保护过程 短路出现时功耗增加 结温升高 当结温超过160 时 两个发送器输出端极限电流将减小 因而限制了芯片的温度升高 保护了芯片 引脚Rs用来选定PCA82C250的工作模式 高速 斜率控制和待机 提供2 5V 0 5VCC 参考电压输出 4引脚排列 封装形式 DIP8 SO8 5极限值 6应用电路 RX1为一确定的电平 这里为低 这种方式为旁路CAN输入比较器以减少内部延时 使用时要置位时钟分频寄存器的CBP位 为了保护CAN节点 SJA1000的TX0和RX0都通过光电隔离电路连接到收发器PCA82C250 Rs接一电阻到地 工作于斜率控制模式 CAN总线上的两个124欧姆的电阻为终端匹配电阻 注意 这里的VDD VSS也为一组5V的电源 但必须也得与 5V 0V的电源进行隔离 通常采用带隔离的DC DC 4 4CAN应用节点设计 随着CAN总线技术的发展 CAN总线系统在工业控制领域扮演着非常重要的角色 CAN节点是构成CAN总线系统的基本单元 因此 掌握CAN节点的设计十分重要 4 4 1硬件电路设计 一个CAN节点硬件电路的基本构成包括 微控制器 AT89S52 CAN控制器 SJA1000 CAN总线收发器 PCA82C250 复位电路 IMP708 另外CAN节点往往还包括数据采集电路 A D 传感器检测电路和执行机构 MR 手动复位输入 低脉冲触发VCC GND 5V电源 地PFI 电压监视输入 当PFI端低于1 25V时 PFO变低 当不使用此功能时 PFI接地或者VCC PFO 电压监视输出 当PFI小于1 25V时 PFO输出为低 RESET 上电或手动复位时 产生一个200ms的低复位脉冲输出RESET 上电或手动复位时 产生一个200ms的高复位脉冲输出 IMP708复位芯片介绍 SJA1000的中断输出是开漏输出 故应加一上拉电阻 SJA1000的片选 CS接到单片机的P2 6 故片内寄存器高8位地址为0BFH 采用Intel模式 MODE接高电平 本电路采用外接驱动收发电路 故RX1端接一确定的电平 这里为低 以旁路CAN输入比较器 减少延时 微处理器AT89S52是整个系统的核心 它负责SJA1000的初始化 并且通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务 时钟电路 复位电路 驱动收发电路 上拉 增强驱动能力 4 4 2CAN节点软件设计 包括 初始化子程序发送子程序接收子程序 1 初始化子程序设计 SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行 初始化主要包括 1 接收屏蔽寄存器 AMR 和接收代码寄存器 ACR 的设置2 波特率及位周期设置 BTRO BTR1 3 输出控制寄存器设置 OCR 4 时钟分频寄存器 CDR 设置5 中断允许寄存器 IR 设置 SJA1000初始化流程图 几点说明 单片机对SJA1000寄存器的操作 是对外部RAM单元的访问 故使用MOVX指令时钟分频寄存器 CDR 的值应设置为 40H 课本有误 因为位CDR 6 CBP 置位以旁路CAN输入比较器 地址过滤的设置 4 通信波特率的计算 通信波特率由BTR0和BTR1决定 表4 60为通信距离与通信波特率的关系表 可以通过位速率和最大总线长度的条件来选择BTRO和BTR1 无需自己计算 2 发送子程序设计 报文发送程序流程图 SR 2 1 置CMR 0 1 3 接收子程序设计 报文接收程序流程图 SR 0 1 SR 1 1 中断方式 外部中断服务程序流程图 思考题 1 请写出CAN的中文全称 2 CAN是哪个世纪哪个年代由德国Bosch公司推出的 CAN已成为哪两个国际标准 3 CAN的10个技术特点中哪个技术特点是它最突出的技术特点 4 CAN可以分为物理层和数据链路层 其数据链路层又可以分为哪两层 5 请列出CAN数据帧的7个位场 思考题 6 CAN总线的数据帧中数据长度码和数据字节数的关系 7 CAN总线的最大长度是多少 8 CAN总线的最大通信距离是多少 9 CAN数据帧中的RTR位为显性还是隐性 CAN远程帧中的RTR位为显性还是隐性 10 CAN包括哪4种类型的帧 11 CAN的正常位时间由同步段 传播段 相位缓冲段1和相位缓冲段2这4个时间段组成 那么其采样点处于哪个段的结束 思考题 12 ISO11898是如何规定CAN总线典型电平的 13 CAN总线中 通过报文标示符ID确定报文的优先级 若4个标准格式数据帧的报文标