0333CAN总线模块

0333 CAN 总线模块总线模块 CAN 总线模块由一个 CAN 总线控制器 SJA1000 和一个 CAN 收发器 PCA82C250 组成 它 们共同构成一个 CAN 节点 模块的电源由接口挂箱上的接口插座提供 1 CAN 总线介绍 CAN 全称为 Controller Area Network 即控制器局域网 是国际上应用最广泛的 现场总线之一 最初 CAN 被设计作为汽车环境中的微控制器通讯 在车载各电子控制 装置 ECU 之间交换信息 形成汽车电子控制网络 比如发动机管理 系统变速箱控制 器 仪表装备 电子主干系统中 均嵌入 CAN 控制装置 一个由 CAN 总线构成的单一网络中 理论上可以挂接无数个节点 实际应用中 节 点数目受网络硬件的电气特性所限制 例如当使用 Philips P82C250 作为 CAN 收发器时 同一网络中允许挂接 110 个节点 CAN 可提供高达 1Mbit s 的数据传输速率 这使实时 控制变得非常容易 另外硬件的错误检定特性也增强了 CAN 的抗电磁干扰能力 CAN 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 高抗电磁 干扰性 而且能够检测出产生的任何错误 当信号传输距离达到 10Km 时 CAN 仍可 提供高达 50Kbit s 的数据传输速率 由于 CAN 总线具有很高的实时性能 因此 CAN 已经在汽车工业 航空工业 工业控制安全防护等领域中得到了广泛应用 CAN 通讯协议定义了两种 CAN 格式 即标准格式和扩展格式 在标准格式 CAN 的报文中 标志符长度是 11 位 而在扩展格式 CAN 的报文中 标志符长度可达 29 位 CAN 能够使用多种物理介质 例如双绞线 光纤等 最常用的就是双绞线 信号使用差 分电压传送 两条信号线被称为 CAN H 和 CAN L 静态时均是 2 5V 左右 此时状 态表示为逻辑 1 也可以叫做隐性 用 CAN H 比 CAN L 高表示逻辑 0 称为显性 此时通常电压值为 CAN H 3 5V 和 CAN L 1 5V CAN 具有十分优越的特点 使人们乐于选择 这些特性包括 1 低成本 2 极高的总线利用率 3 很远的数据传输距离 长达 10Km 4 高速的数据传输速率高达 1Mbit s 5 可根据报文的 ID 决定接收或屏蔽该报文 6 可靠的错误处理和检错机制 7 发送的信息遭到破坏后可自动重发 8 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 9 报文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功能信息优先级信息 2 芯片原理介绍 SJA1000 是 Philips 公司推出的一种独立 CAN 控制器 用于移动目标和工业环境中的 区域网络控制 它全面兼容 CAN2 0B 协议 同时支持 11 位和 29 位标识码 位速率可达 1Mbits S SJA1000 有两种工作模式 分别为 BasicCAN 模式和 PeliCAN 模式 PeliCAN 模式在 BasicCAN 模式的基础上进行了功能的扩展 以下我们的介绍和应用程序都是基 于 PeliCAN 模式 SJA1000 芯片的原理图如下所示 和 51 系列单片机一样 SJA1000 有自己的数据 地址总线 并且是分时复用的 ALE 是地址锁存信号 各引脚说明如下 SJA1000 在 PeliCAN 模式下共有 128 个寄存器 其地址由 CS 和 AD0 AD7 低 8 位地 址共同确定 各寄存器的功能及用法请查阅相关手册 通过 CAN 总线建立通讯的步骤是 系统上电后 根据 SJA1000 的硬件和软件连接设置主控制器 根据选择的模式 验收滤波 位定时等等设置 CAN 控制器的通讯方式 这也是 在 SJA1000 硬件复位后进行 在应用的主过程中 准备要发送的报文并激活 SJA1000 发送 对被 CAN 控制器接收的报文起作用 在通讯期间对发生的错误起作用 1 初始化 SJA1000 必须在上电或硬件复位后设置 CAN 通讯 在由主控制器操作期间它可 能会发送一个软件复位请求 SJA1000 会被重新配置 再次初始化 在复位模式中 主控制器必须配置下面的 SJA1000 控制段寄存器 模式寄存器 时钟分频寄存器 验收码寄存器和验收屏蔽寄存器 总线定时寄存器 输出控制寄存器 配置完成后 必须进入工作模式 才能进行下一步操作 2 传输 传输的报文必须符合 CAN 协议规范 报文的传输由 CAN 控制器 SJA1000 独立 完成 主控制器必须将要发送的报文传送到发送缓冲器中 然后将命令寄存器里的 发送请求 标志置位 发送过程可由 SJA1000 的中断请求控制 或由查询状态寄存 器的状态标志控制 3 中止发送 一个已经请求发送的报文 可通过置位命令寄存器的相应位执行 中止发送 命 令中止发送 这个功能可用于发送一个比现在的报文更紧急的报文 而这个报文已被 写入发送缓冲器 但是直到现在没有被成功地发送 当这条紧急报文已被成功后 发 送缓冲器被释放 同时产生一个发送中断 在中断流程中 要检查状态寄存器的发送 完成标志 确定前面的发送是否成功 状态 未完成 表示发送被中止 在这种情况 下主控制器要运行一个特殊程序来处理 例如 在检查后重复发送中止的报文 如果 它仍然有效的话 4 接收 根据 CAN 协议规范 报文的接收由 CAN 控制器 SJA1000 独立完成 收到的报 文放在接收缓冲器中 并将状态寄存器的接收缓冲器状态标志和接收中断标志置位 主控制器会将这条信息发送到本地的报文存储器 然后释放接收缓冲器并对报文进行 处理 接收可通过两种方式实现 中断请求方式或状态查询方式 5 中断 在 PeliCAN 模式里 SJA1000 有 8 个不同的中断 在 BasicCAN 模式里仅有 5 个 这些中断可使主控制器立即作用在 CAN 控制器的某些状态上 一旦 CAN 产生中 断 SJA1000 就将中断输出 管脚 16 置为低电平 直到主控制器通过读 SJA1000 的 中断寄存器对中断采取相应措施 在 PeliCAN 模式里 释放接收缓冲器后产生接收中 断 在主控制器响应中断后 SJA1000 将输出中断跳到高电平 如果这段时间有更多 中断或接收 FIFO 里有更多有效报文 SJA1000 立刻将中断输出再次置为低电平 输 出仅在很短的时间里保持高电平 因此要求主控制器的中断接收由电平触发 PCA82C250 是 CAN 协议控制器和物理总线间的接口 它主要是为汽车中高速通 讯 高达 1Mbps 应用而设计 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 完全符合 ISO11898 标准 其引脚图如下所示 为了增强 CAN 总线节点的抗干扰能力 SJA1000 的 TX0 和 RX0 并不是直接与 82C250 的 TXD 和 RXD 相连 而是通过高速光耦 6N137 后与 82C250 相连 这样就很 好的实现了总线上各 CAN 节点间的电气隔离 3 模块的使用说明 模块上的 RESET INT TX0 RX0 插孔分别对应于 SJA1000 芯片上的相应引脚 模块上带有上电复位电路 也可通过 RESET 插孔进行手动复位 只需在 RESET 上加上 负脉冲 注意 注意 SJA1000 为低电平复位 为低电平复位 JUMP4 跳线为 SJA1000 提供片选信号 分别对 应于接口总线的 LCS0 LCS3 模块上提供两个 RJ45 接口和一组 CANH CANL 插孔接口 这三组接口是完全 一致的 对于近距离 CAN 模块之间的通讯 可将各模块的 CANH CANL 插孔用导 线连接 对于远距离 CAN 模块之间的通讯 则可用双绞线连接各 RJ45 接口 每个 CAN 模块上都有一组终端电阻接口 即 A B 插孔 当总线上只有两个 CAN 节点时 终端电阻可不接 如总线上的 CAN 节点数为 3 个或 3 个以上时 必须有 一个而且只能有一个 CAN 模块接上终端电阻 具体