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第四章CAN网络控制器及其相关芯片 CAN总线收发器PCA82C250 PCA82C251独立的控制芯片SJA1000及其使用带有CAN接口芯片的DSP2407及其使用 CAN总线收发器PCA82C250 PCA82C251 PCA82C250 251是CAN协议控制器和物理总线的接口 此器件对总线提供差动发送能力 对CAN控制器提供差动接收能力 又称为总线驱动器 PCA82C251有更高的击穿电压 而且在隐性状态小拉电流更小 在掉电情况小总线的输出特性有一定改善 收发器主要特性 完全符合ISO11898标准 高速率 最高达1Mbps 具有抗汽车环境中的瞬间干扰 保护总线能力 斜率控制 降低射频干扰 RFI 差分接收器 抗宽范围的共模干扰 抗电磁干扰 EMI 热保护 防止电池和地之间的发生短路 低电流待机模式 未上电的节点对总线无影响 可连接110个节点 PCA82C250功能框图 硬件结构 PCA82C250管脚图 工作模式 高速模式管脚8接地 在高速工作模式下 发送器输出级晶体管将以尽可能快的速度打开 关闭 在这种模式下 不采取任何措施用于限制上升斜率和下降斜率 建议使用屏蔽电缆以避免射频干扰RFI问题 斜率控制模式对于较低速度或较短总线长度 可使用非屏蔽双绞线或平行线作为总线 为降低射频干扰RFI 应限制上升斜率和下降斜率 上升斜率和下降斜率可通过由管脚8接至地的连接电阻进行控制 斜率正比于管脚8的电流输出 工作模式 准备模式管脚8如果接至高电平 则电路进入低电流待机模式 在这种模式下 发送器被关闭 而接收器转至低电流 管脚RS选择的三种不同工作模式 独立的控制芯片SJA1000及其使用 SJA1000是一个独立的CAN控制器 它在汽车和普通的工业应用上有先进的特征 由于它和PCA82C200在硬件和软件都兼容 因此它将会替代PCA82C200 SJA1000有一系列先进的功能 适合于多种应用特别在系统优化诊断和维护方面非常重要 操作模式 BasicCAN模式和PCA82C200兼容 BasicCAN模式是上电后默认的操作模式 因此用PCA82C200开发的已有硬件和软件 可以直接在SJA1000上使用而不用作任何修改 PeliCAN模式是新的操作模式 它能够处理所有CAN2 0B规范的帧类型 而且它还提供一些增强功能 使SJA1000能应用于更宽的领域 工作模式通过时钟分频寄存器中的CAN模式位来选择 复位时默认模式是BasicCAN模式 SJA1000控制器结构图 由主控制器进行管理控制 将欲收发的信息 报文 转换为CAN规范的CAN帧 通过CAN收发器 在CANBUS上交换信息 SJA1000控制器结构 CAN核心模块根据CAN规范控制CAN帧的发送和接收 收到一个报文时 CAN核心模块将串行位流转换成用于的并行数据 发送一个报文时则相反 接口管理逻辑用于连接外部主控制器 外部可以是微型控制器或任何其他器件 SJA1000通过复用的地址 数据总线 与主控制器联系 SJA1000控制器结构 发送缓冲器用于存储一个完整的扩展的或标准的报文 当主控制器初始发送时 接口管理逻辑会使CAN核心模块从发送缓冲器读CAN报文 验收滤波器通过这个可编程的滤波器能确定主控制器要接收哪些报文 接收FIFO用于存储所有收到的报文 储存报文的多少由工作模式决定 最多能存储32个报文 因为数据超载可能性被大大降低 这使用户能更灵活地指定中断服务和中断优先级 SJA1000的内部结构及功能 SJA1000的内部结构及功能 接口管理逻辑 IML 接口管理逻辑解释来自CPU的命令 控制CAN寄存器的寻址 向主控制器提供中断信息和状态信息 由8位并行地址 数据总线和片选 读 写 时钟 使能等控制信号线与主控制CPU相连接 发送缓冲器 TXB 发送缓冲器是CPU和BSP 位流处理器 之间的接口 能够存储发送到CAN网络上的完整信息 缓冲器长13个字节 由CPU写入 BSP读出 SJA1000的内部结构及功能 接收缓冲器 RXB RXFIFO 接收缓冲器是验收滤波器和CPU之间的接口 用来储存从CAN总线上接收的信息 接收缓冲器 RXB 13个字节 作为接收FIFO RXFIFO 长64个字节 的一个窗口 可被CPU访问 CPU在此FIFO的支持下可以在处理信息的时候接收其它信息 验收滤波器 ACF 验收滤波器把它其中的数据和接收的识别码的内容相比较 以决定是否接收信息 在纯粹的接收测试中 所有的信息都保存在RXFIFO中 SJA1000的内部结构及功能 位流处理器 BSP 位流处理器是一个在发送缓冲器 RXFIFO和CAN总线之间 控制数据流的程序装置 它还在CAN总线上执行错误检测 仲裁填充和错误处理 位时序逻辑 BTL 位时序逻辑监视串口的CAN总线和处理与总线有关的位时序 它在信息开头的总线传输时同步CAN总线位流 硬同步 接收信息时再次同步下一次传送 软同步 BTL还提供了可编程的间段来补偿传播延迟时间 相位转换 例如 由于振荡漂移 和定义采样点和一位时间内的采样次数 错误管理逻辑 EML EML负责传送层模块的错误管制 它接收BSP的出错报告 通知BSP和IML进行错误统计 SJA1000控制器引脚 SJA1000DIP28引脚图 SJA1000控制器有DIP28 塑质双列直插封装 和SO28 塑质小型外线封装 两种形式 SJA1000引脚排列与引脚功能表 SJA1000的特征 与PCA82C200完全兼容的功能 灵活的微处理器接口 允许接口大多数微型处理器或微型控制器 可编程的CAN输出驱动器 对各种物理层的分界面 CAN位频率高达1Mbit s SJA1000覆盖了位频率的所有范围 包括高速应用 SJA1000的特征 改良的PCA82C200功能CAN2 0B passive SJA1000的CAN2 0Bpassive特征允许CAN控制器接收有29位标识符的报文 64个字节接收FIFO 接收FIFO 可以存储高达21个报文 这延长了最大中断服务时间 避免了数据超载 24MHz时钟频率 微处理器的访问更快和CAN的位定时选择更多 接收比较器旁路 减少内部延迟 由于改进的位定时编程 使CAN总线长度更长 SJA1000的特征 PeliCAN模式的增强功能CAN2 0Bactive CAN2 0Bactive支持带有29位标识符的网络扩展应用 发送缓冲器 有11位或29位标识符的报文的单报文发送缓冲器 增强的验收滤波器 两个验收滤波器模式 支持11位和29位标识符的滤波 可读的错误计数器 可编程的出错警告界限 错误代码捕捉寄存器 出错中断 支持错误分析 在原型阶段和在正常操作期间可用于 诊断 系统维护 系统优化 SJA1000的特征 PeliCAN模式的增强功能仲裁丢失捕捉中断 支持系统优化包括报文延迟时间的分析 单次发送 使软件命令最小化和允许快速重载发送缓冲器 仅听模式 SJA1000能够作为一个认可的CAN监控器操作 可以分析CAN总线通信或进行自动位速率检测 自测试模式 支持全部CAN节点的功能自测试或在一个系统内的自接收 BasicCAN模式 SJA1000是一种I O设备基于内存编址的微控制器 与其它控制器 CPU 之间的操作是通过象RAM一样的片内寄存器读写来实现的 微处理器 CPU CAN收发器 控制寄存器 SJA1000CAN控制器 命令寄存器 状态寄存器 中断寄存器 验收代码寄存器 验收屏蔽寄存器 CANBUS BasicCAN模式 复位模式当硬件复位或控制器掉线总线状态位时会自动进入复位模式 工作模式是通过置位控制寄存器的复位请求位激活的 BasicCAN地址表 波特率设定 总线定时寄存器0定义了波特率预设值 BRP 和同步跳转宽度 SJW 的值 复位模式有效时这个寄存器是可以被访问 读 写 的 在BasicCAN模式中总是FFH 波特率预设值 BRP CAN系统时钟tSCL的周期是可编程的 而且决定了相应的位时序 CAN系统时钟由如下公式计算 tSCL 2 tCLK 32 BRP 5 16 BRP 4 8 BRP 3 4 BRP 2 2 BRP 1 BRP 0 1 这里tCLK XTAL的频率周期 1 fXTAL 波特率设定 同步跳转宽度 SJW 为了补偿在不同总线控制器的时钟振荡器之间的相位偏移 任何总线控制器必须在当前传送的相关信号边沿重新同步 同步跳转宽度 定义了每一位周期可以被重新同步 缩短或延长的时钟周期的最大数目 tSJW tSCL 2 SJW 1 SJW 0 1 波特率设定 总线定时寄存器1 BTR1 总线定时寄存器1定义了每个位周期的长度 采样点的位置和在每个采样点的采样数目 在复位模式中 这个寄存器可以被读 写访问 在PeliCAN模式的工作模式中 这个寄存器是只读的 在BasicCAN模式中总是FFH 波特率设定 时间段1 TSEG1 和时间段 TSEG2 TSEG1 tSCL 8 TSEG1 3 4 TSEG1 2 2 TSEG1 1 TSEG1 0 1 TSEG2 tSCL 4 TSEG2 2 2 TSEG2 1 TSEG