CAN控制器与单片机的接口电路设计

石油仪器PETROLEUMINSTRUMENTS2011年04月计算机与通讯技术CAN控制器与单片机的接口电路设计王敏中国石油测井有限公司装备与销售分公司陕西西安摘要文章介绍了CAN总线系统的性能及特点，给出了CAN总线智能节点的实现方案，并且详细介绍了CAN控制器、CAN收发器的功能，提供了具体的硬件接口设计电路图和软件流程图，为CAN总线在测井仪器中的扩展应用打下基础关键词测井仪器；CAN总线；SJA1000；智能节点中图法分类号TP3681文献标识码B文章编号100491342011020076020引言随着测井装备向高可靠、高集成、高精度方向发展，目前测井系统采用的多种通信控制和传输方式，如串口方式、PCI总线方式、DTB总线方式等，在传输速度、传输距离、可靠性等方面均受到一定的限制。而CAN总线作为一种有效支持分布式控制和实时控制的工业现场总线技术，具有开发维护成本低、总线利用率高、传输距离远最远可达10KM、传输速率高最高可达1MBPS、抗干扰性强、多节点传输等优势，为测井数据的可靠、快速、准确传输提供了保障。1CAN总线系统智能节点在现场总线控制系统中，现场设备是通过节点挂接在总线上，节点是网络上信息的接受和发送站。所谓智能节点是由微处理器和可编程的CAN控制芯片组成，它们有两者合二为一的，如芯片P8XC592，也有独立的CAN控制器与单片机接口。后者在设计时更为灵活方便。2CAN总线节点硬件电路设计_LCAN总线智能节点的硬件电路设计主要是CAN通信控制器与微处理器之间和CAN总线收发器与物理总线之间的接口电路的设计。CAN通信控制器是CAN总线接口电路的核心，主要完成CAN的通信协议，而CAN总线收发器的主要功能是增大通信距离，提高系统的瞬问抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰RFI，实现热防护等。CAN总线系统节点硬件电路原理如图1所示。从图中可看出，采用AT89S52作为节点的微处理器，CAN通信控制器采用SJA1000，CAN总线收发器采用CTM1050T。AT89S52是CAN总线接口电路的核心，负责SJA1000的初始化、控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。SJA1000在电路中是一个总线接口芯片，通过它实现上位机与现场微处理器之间的数据通信。该电路的主要功能是通过CAN总线接收来自上位机的数据进行分析组态，然后下传给下位机的控制电路实现控制功能。当CAN总线接口接收到下位机的上传数据，SJA1000就产生一个中断，引发微处理器产生中断，通过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析。CAN收发器采用CTM1050T。在以往的设计方案中需要光耦、DCDC隔离、CAN收发器等其他元器件才能实现带隔离的CAN收发电路，而现在只需利用一片CTM1050T接口模块就可以实现带隔离的CAN收发电路。CTM1050T芯片内部集成了所有必要的CAN隔离及收、发器件，芯片的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平且具有DC2500V的隔离功能，通讯速率最高达1MBPS，电磁辐射EME极低，无需外加元件可直接使用，且至少可连接第一作者简介王敏，女，1965年生，工程师，1987年毕业于西北电讯工程学院应用电子技术专业，主要从事测井仪器的研制开发及生产维修工作。邮编7100002010年第25卷第2期王敏CAN控制器与单片机的接口电路设计图1CAN总线系统智能节点硬件电路原理图110个节点。SJA1000的ADOAD7连接到AT89S52的PO口，CS连接到AT89S52的P20。P20为0时CPU片外存储器可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读写操作。SJA1000的RD、WR、ALE分别与AT89S52的对应引脚相连，INT接AT89S52的I丽，AT89S52也可通过中断方式访问SJA1000。SJA1000的TX0和RX0直接分别与CTM1050T的TX0和RX0相连。当节点处于网络终端时RT1是必需的，该电阻阻值为120Q，称为终端电阻。终端电阻对于匹配总线阻抗具有相当重要的作用。若忽略，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。3软件设计CAN总线系统智能节点软件设计主要包括三大部分CAN节点初始化、数据发送和数据接收。31初始化子程序SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行。初始化主要包含工作方法的设置、接受滤波方法的设置、接受屏蔽寄存器和接受代码寄存器的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器的设置等。在完成SJA1000的初始化设置以后，SJA1000就可以回到工作状况，进行正常的通讯义务。SJA1000的初始化流程图如图2所示。32数据发送程序根据CAN协议规范，数据的传输由CAN控制器SJA1000独立完成。在数据的发送过程中，单片机AT89S52必须将要发送的数据传送到发送缓冲器，然后将命令寄存器中的发送请求标志置位。数据的发送关闭CAN的中断源置工作方式为复位模式二二亟设置时钟分频寄存器设置验收码寄存器设置验收码屏蔽寄存器设置总线定时寄存器清除复位模式请求标志打开CAN的中断源，开AT89S52的外部中图2SJA1000初始化程序的流程图过程可由SJA1000的中断请求控制或由查询控制段的状态标志控制。数据的发送过程分两个部分，一部分由AT89S52的主程序控制完成，另外一部分由SJA1000发送中断服务程序完成。流程图如图3所示。33数据接收程序数据的接收由SJA1000独立完成，收到的数据放在接收缓冲器内，同时将状态寄存器的接收缓冲器状态标志RBS和接收中断标志RI置位。如果数据接收被使能，AT89S52可以将接收缓冲器内的新数据读出，并存储到单片机的内存单元，然后释放接收缓图3发送中断服务程序冲器。数据的接收过程也可由SJA1000的中断请求控下转第80页80石油仪器PETROLEUMINSTRUMENTS2011年O4月选择CORNPORT3；STEP3一RTI里面记录系统类型选择“RTIGEOX”ARAM24”，SERIALLINK”，串口选择EOMPORT7，虽然我们在中连接的是COMPORT5。在COMMUNICATIONMANAGER里面，选择ETHERNET，不选SERIAL。4AES仪器使用VIBPRO进行源驱动的工作情况1震源笔记本的ENCODER设置扫描类型选择SPRTI，震源选择SIMNONE。2震源到达炮点后头车给仪器发出信号，距离震源坐标最近的炮点会被激发，在仪器上GPS位置窗口可以看到震源与炮点的位置信息。3在笔记本的GPS监控窗口中也可以监控到震源与炮点的位置信息，并形成PSS报告，可以进行QC分析。4表1是测量炮点与震源记录坐标校差，可以看出坐标差满足一般的5MQC门槛范围。表1测量炮点与震源记录坐标校差单位M5结论试验证明，ARIES仪器配套VIBPRO可以进行源驱动作业，但需要装入“84”坐标，实际应用中还需要解决坐标系转换问题。目前国内物探界普遍使用“54”坐标系，但ARIES仪器GPS系统使用“84”坐标系。不经转换，GPS定位与震源实际位置的偏差大概有15M20M，造成源驱动作业方式下，震源点不准。建议厂家增加坐标系转换功能。在以后的软件版本中加入坐标系转换参数输入窗口，以适应不同国家和地区的情况。ARIES仪器源驱动作为一种新的技术，在国内还没有应用，本文只对ARIES11仪器的源驱动功能进行了初步探索。参考文献1英洛瓦公司ARIES手册2009资料2美国ION公司VIBPRO手册2006资料收稿日期20101010编辑梁保江上接第77页制或由查询控制段的状态标志控制。本系统采用中断方式，流程图如图4所示。4结束语实践证明，基于单片机AT89S52的CAN总线接口电路，克服了命令响应型总线数据通信方式的缺点，CAN总线网络上任何一节点可以主动地与其他节点交换数据，且CAN网络节点的信息帧可分出优先级，从而节省了总线冲突仲裁时间。CAN总线的物理层及链路层采用独特的设计技术，使其抗干扰性强，保证了数据出错率极低。总断服务程这丝垫堡I关闭所有中断ER0J是L取出SJALOOJ接收LI缓冲器中的数据I丽荐磊幽嚼图4数