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P L c m 2 0 o e 隼 1 月 现场总线 与 网络技 术 F i e ld b u s Ne t wo r k r e c h n ia u e 基于S J A 1 0 0 0的C A N通信系统的设计 De s i g n o f CAN Bu s Co m m u n i c a t i o n Sy s t e m B a s e d o n SJ A1 0 0 0 武汉大学 电气工程学院 刘发慧 贺责明 Li u F a h u i He Gu i mi ng 摘要 C A N总线魁一利 应圩 J 厂 泛的现场总线 文章简要时沦 C AN 啦 线 介绍了C A N总线的主要技术特性及C A N 器件的种类 在此基础上较为弹细的介绍了 C AN总线独立控制器 s J A 0 0 0的基本 理 硬件电路以及基于 S J A1 0 0 0的C AN总线接r J 电路的软艘件没汁方法 评凡给H 了C A N总线接11 1 电路 S J A1 0 0 0 初始化流程图 接收及发送数据程序的框图 本文倾向于在设计 S J A1 0 0 0 为攮舢的C A N节点上引导用户同时还提供 型的应 用电路圈和用于编程的流程圈 关键洞 C AN总线 S J A l 0 0 0 控制器 橼 流 Ab s t r a c t Th e CAN i s a k i n d o f fi e l d b u s t h a t i s wi d e l y u s e d I n t h i s art i c l e t h e ma i n c h a r a c t e r o f CAN b us i s d i s c us s e d a n d t h e b a s i c p r i n c i p l e o f CAN b u s s t a n d a l on e c o n t r o l l e r S J A 1 0 00 t h e h a r dwa r e a n d s o f t wa r e d e s i g n o f CAN b us i n t e r f a c e c i r c ui t b a s e d o n S J A 1 0 0 0 a r e i n t r o d u c e d a l s o t h e fl o w c h a r t o f t h r e e i mp o r t a n t p a rt o f t h e s o ft wa r e i n i ti a l i z a t i o n s e n d i n g d a t a a n d r e c e i v i n g d a t a i s gi v e n Ke y wo r d s CAN BUS S J A 1 0 0 0 Fl o w t h a i t 中图分类号1 T P 3 3 6 义献标识码l I 3 文章编 l 6 0 6 5 1 2 3 2 0 0 6 0 1 0 0 7 2 0 4 l 引言 C AN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一 最 早是由德国B o s c h公司推出 用于汽车内部测量与执行部 件之间的数据通信协议 C AN总线的应用范围遍及从高 速网络到低成本的多线路网络 广泛应用于控制系统中的 各检测和执行机构之间的数据通信 现场总线领域中 C A N总线得到了计算机芯片商的广泛支持 他们纷纷推 出直接带有 C A N接I 1 的微处理器 MC U 芯片 C A N是一 种多主方式的串行通讯总线 基本设计规范要求有高的位 速率 高的抗电磁干扰性 而且能够检测出产生的任何 错误 C AN网络具有如下特点 网络上任意一个节点均可 在任意时刻主动 向网络上的其它节点发送信息 而不分主 从 采用非破坏性总线仲裁技术 当两个节点同时向网络 上传送信息时 优先级低的节点主动停止数据发送 而 优先级高的节点可不受影响地继续传输数据 具有点对点 一 点对多点及全局广播传送接收数据的功能 通讯距离最远 可达 1 0 k m 5 k b p s 通讯速率最高可达 1 Mb p s 4 0 m 网络节点数实际可达 1 1 0个 每一帧的有效字节数最多为 8个 这样传输时间短 受干扰的概率低 通讯介质采用 廉价的双绞线即可 无特殊要求 每帧信息都有 C RC校验 及其它检错措施 数据出错率极低 可靠性极高 在传输 信息出错严重时 节点可自动切断它与总线的联系 以 使总线上的其它操作不受影响 2 S J A I O 0 0 独立控制器简介 目前广泛流行的C AN总线器件有两大类 一类是独立 的 C A N控制器 如8 2 C 2 0 0 S J Al 0 0 0及I n t e 1 8 2 5 2 6 8 2 5 2 7等 另一类是带有在片 C A N 的微控制器 如 P 8 S C 5 8 2 及 1 6位微控制器 8 7 C 1 9 6 C A C B等 我们选用 P HI L I P S公司的S J A1 0 0 0 C AN控制器 以及 8 2 C 2 5 0 总线收 维普资讯 现 场总线 与 网络技 术 F ie l d b u s Ne t wo r k f e c h n iqu e 发器 见图 l 主要是考虑到 S J A1 0 0 0 支持 C AN2 0 A B规约 而 8 2 C 2 5 0可以支持 l 1 0个 C AN节点 并且国内 市场上P HI L I P S的产品型号比较多 购买比较方便 P HI I I P S公司的 S J A1 0 0 0 是符合 C A N2 0 B协议的总 线控制器 它是应用于汽车和一般工业环境的独立 C A N 总线 控制 器 由于硬 件 和软 件 的 兼容 它将 会 替代 P C A8 2 C 2 0 0 它与 P C A8 2 C 2 0 0 相比具有更先进的特征 因此特别适台于轿车内的电子模块传感器制动器的连接和 通用工业应用中特别是系统优化系统诊断和系统维护时特 别重要 S J A1 0 0 0 具有完成 C A N通信协议所要求的全部特 性 经过简单总线连接的 S J A1 0 0 0 可完成 C A N总线的物理 层和数据链路层的所有功能 其硬件与软件设计可兼容基 本 CAN 模式 Ba s i c CAN 和新增加的增强 CAN 模式 P e l i C A N C A N2 0 B协议 S J Al 0 0 0 的主要特性为 1 管脚及电气特性与独立 C A N总线控制器P C A 8 2 C 2 0 0 兼容 l 2 软件与P C A8 2 C 2 0 0 兼容 缺省为基本 C AN模式 3 扩展接收缓冲器 6 4 字节 F I F O 4 支持 C A N 2 0 B协议 5 同时支持 l 1 位和 2 9 位标识符 6 位通讯速率为 1 Mb i t s s 7 增强 C A N模式 P e l i C A N 8 采用 2 4 MH Z时钟频率 9 支持多种微处理器接 口 1 0 可编程 C AN输出驱动配置 支持热插拔I 工作温度 范围为 一 4 0 1 2 5 L 岱 髓 蛐 D 墨珊T 图1 S J A I O O O fl 硬件原理图 P L C F 2 0 0 6年 1月 搏 鲁 收麓毒 接n i t 蔫 耀 鼽触 蝴p k 圈2 硬件设计原理框图 MS P 4 3 0 F 1 4 9 MS P 4 3 0是 T I 公司最新出产的一种具有超 低功耗的功能强大的 1 6 位单片机 MS P 4 3 0 F 1 4 9 是该系列 中的一 种型 号 3 1 MS P 4 3 0 单片机的优点 1 超低功耗 MS P 4 3 0 F1 4 9 运行在 1 MHz 时钟条件 下时 工作电流视工作模式不同为0 1 4 0 0 A 工作电 压为 1 8 3 6 V 2 具有强大的处理能力 采用 R I S C指令集 只需简 洁的2 7 条指令 高度正交指令结构 处理内核功能强大并 且 非常 灵 活 3 超低功耗的数控振荡器技术 可以实现频率调节 和无晶体运行 外接时钟频率范围为 3 2 7 6 8 Hz 8 MHz 并 且可以实现分频 从低功耗模式到运行模式的唤醒时间仅 为 6 s 4 程序代码空问为 6 0 K B q 2 5 6 字节的 F L A s H 2 k 字节的R AM 采用串行在线编程方式 为用户编译程序和 控 制参数提供灵活的空间 5 MS P 4 3 0 F 1 4 9 具有强大的中断 功能 4 8 个 I O引脚 它的 I O与传统的 I O不同 每个 I o口分别对应输入 输出 功能选择 中断等多个寄存 器 使得功能 口和通用 I O 口复用 在对同一个 I O 口进 行操作前要选择其要实现的功能 这样大大的增强了端 口 的功能和灵活性 我们就是利用 I o 口来实现对 C AN总 线控制器的控制的 由于MS P 4 3 0 F1 4 9具有以上的特点 十分适合开发 的要求 所 以选用其作为系统的主芯 片 收 发器选择 P HI L I P S公司的PC A8 2 C 2 5 0 3 l 2实际应用中的注意事I 页 从 图 2中看出硬件 电路的设计并不是很困难 但是在 实际应用中应该注意几点 1 在 C AN总线的两端应该有两个 1 2 0 的电阻 这 两个 电阻对于总线阻抗 的匹配 起着相 当重要 的作用 忽 略掉它们 会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低 甚 至 无法 通 信 硬件设计原理框图 2 8 2 C 2 5 0 第8 脚与地之间的电阻R S 称为斜率电 硬件设 计原理框 图参见 图 2 其 中 从 控制器选择 阻 它的取值决定了系统处于高速工作 方式还是斜率控 制 Pr o g r a mma b lo c o n t r o l le r fa c t o r y a u toma t i o n I 7 3 维普资讯 P L C F A 2 0 0 6 年1 月 现场 总线 与 网络技 术 F iOd b u s Ne t wo r k T e c h n i q u e 方式 把该引脚直接 与地 相连 系统将 处十高速工作 方 式 而在斜率控制方式时 上升及下降的斜率取决于 R S 的 阻值 通讯的速度越快 则R S 的阻值越小 实验数据表明 l 5 2 0 0 k 为 R S较理想的取值范围 在这里把 8 2 C 2 5 0 第 8脚接地使系统处于高速工作方式 3 8 2 C 2 5 0的第 5 脚 V r e f 提供 r 一个V C C 2 的 输出电压 是为了给前面 C A N控制器的模拟比较器提供 一 个参考电压 使比较器能够准确地读出总线 卜 的位值 如 果系统传输距离近 环境干扰小 可以不用电流隔离 这 样可直接把 8 2 C 2 5 0的V r e f 端与 RX1 脚相连 从而简化 了电路 如果电路采用电流隔离 S J A1 0 0 0的R Xl 引脚应 该输入VCC 2 的电压 4 C A N 通信软件的设计思想 C AN节点模块的软件设计 C AN节点模块的软件设计 主要包括三部分 S J A 1 0 0 0 的初始化 数据的发送和接收 这三部分程序是 C A N模块进行数据通讯的基本部分 熟 悉丁这三部分就能编写出利用 C AN总线进行数据通讯的一 般应用程序 下面就这三部分程序设 计进行一 个描述 4 1 S J A1 0 0 0 的初始化程序 S J A l 0 0 0的初始化只有在复位模式下 可以进行 初 始化主要包括工作方式的设定 接收屏蔽寄存器 AMR 和 接收代码寄存器 AC R 的设置 总线时序寄存器的设置 输 出模式寄存器和中断寄存器的设置等 初始化设置完成以 后 S J A1 0 0 0 就可以进入工作状态 进行正常的通讯丁作 需要初始化的C AN控制寄存器有 模式寄存器 时分寄存 器 接收代码寄存器 屏蔽寄存器 总线定时寄存器 输 出控制寄存器等 其流程 图如图 3所示 4 2发送和接收程序 发送数据程序把数据存储区中待发送的数据取出 组 成信息帧 并将主机的 I D地址 填入帧头 然后将信 息帧发送到 C AN控制器的发送缓冲区 在接收到主机的发 送请求后 发送程序肩动发送命令 信息从 C A N控制器 发送到总线是由 C AN控制器 自 动完成的 信息从 C AN总 线到CA N控制器的接收缓冲区也是由C AN控制器自动完 成的 接收程序只需从接收缓冲 读取信息 并将其存储 在数据存储 发送和接收程序流程分别如图 4图 5所示 5 结束语 实践表明 S J At 0 0 0是一种较好的 C AN总线控制器 件 它的抗干扰性能优 良 通信速率较高 电路也 比较简 7 4 P r o g r a mma b le c o n t r o l le r f a c t o r y a u t o ma t i o n 开始 初始 化或重 新配置 蔡能生 控制 器的 中断源 进 入复 位模 式 请求 复位模 式 请 求 复位 现 在 配 置时钟 分频 寄存器 l P o l i C A N l B a s i e C A N 2 c N 输入 比较器 费 路 3 c u O U T 控 制 以及 频率4 T X 的 使用 配 置验收 代码 配置总 线定 时寄存 船 配置输出控制寄存器 进入工作 普通模式 复 位 模 式 请 求 一 普 i 存 在 C 卜 c 中 断 和 N 的 中 断 源 l l 图3 S J A 1 0 0 0 初始化流程图 中埘 I 蕾中断膏存 I 穗剃单 兜许 c 控避 I控姑标惠 开 中 断 上 中 断避 回 囤4接收数据的中断服务程序流程 图5 发送数据的中断服务程序流程 单 在 P e l i CAN 模式下 其识别码达 2 9位 因而可满 足各种应用场台 在 自动化控制系统巾 合理安排这 2 9 位识别码可以使许多问题得以简化 P e l i C A N模式增加的 各 种功能 大 大地 方 便了通 信的调 试 下转第 1 1 2页 维普资讯 t P L c m 2 0 0 8年 1胄 图6 旋转4 5 图7旋转6 0 图8 旋转9 O 机 器 视觉 Ma c h i n e Vis ion 可以直接计算卷积 如果模板相对于目标图像较大 可以 通过傅立叶变换的方式来进行计算 易于硬件实现 实 验验证 指出 该方法在 工程应用 中是可行 和有效 的 参考文献 1 章品正 舒华忠 旋转人脸的模板匹配定位与旋转 角度估算方法 电路与系统学 2 0 0 4 9 5 3 o 3 4 2 Wo n g R Y H a u E L S e q u e m l b i e mmN c a l s c e n e ma h i n g I E EE Tr a n s O i l Co mp u t e r 1 9 7 8 2 7 3 5 9 3 6 6 4 S t e f a n o L D i Ma t t o c c i a S F a s t T e mp l a t e Ma t c h i n g u s i n g B o u n d e d P a m a l C o r r e l a t i o n Ma c h i n e Vi s i o n a n d A p p l i c a t i O l l S 2 o o 3 1 3 4 2 1 3 2 2 1 1 1 2 I Pr o g r a mma ble c o n t r o ll e r f a c t o r y a u t o ma t i o n 5 F r e d r i k s s o n Ki mmo Na v a r r o Go n z a l o Uk k o n e n Es ko Op t i ma l Exa c t a nd Fa s t Ap pr o xi ma t e Tw0 Di me n s i o n a l P a t t e r n Ma t c h i n g Al l o wi n g Ro t a t i o n s Pr o c e e d i n g s o f t h e 1 3 t h An n u a l S y mp o s i u m o n Co mb i n a t o r i a l P a t t e r n Ma t c h i n g C P M 0 2 2 0 0 2 2 3 5 2 4 8 6 张国华 梁中华 一种基于模板匹配的人民币纸币面 额识别方法 沈阳工业大学学报 2 0 0 5 2 7 4 4 3 9 4 4 2 7 C h o i M S A n o v e l t wo s t a g e temp l a t e ma t d l i n g me t h o d f o r r o t a t i o n a n d i l l u mi n a t i o n i n v a r i a n c e P a t t e r n Re c o g n i t i o n 2 0 0 2 3 5 l 1 9 1 2 9 8 18 I i s a k a J S a k u r a i Ama n o T A Ne w Ve g e t a t i o n I nde x f o r Re m o t e S e ns i n g Pr oc e e d i n g o f t h e 1 I 5 t h Symp o s i u m o f t he Ko r e a n So c i e t y o f Re mo t e S e n sin g a nd t he W o r k s ho p o f Envi r o nme nt Mo ni t o r i ng f r o m S p a c e f o r Ea s t A