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P89C668

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基于P89C668單片機的CAN總線接口設計

梁毓明 張振利 汪鋒鎖 

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　　摘要：本文介紹了PHILIPS公司生產(chǎn)的P89C668單片機及其與CAN控制器SJA1000的CAN接口節(jié)點電路，并給出了CAN總線的基本通信程序：SJA1000 初始化、發(fā)送和接收.

　　關鍵詞：計算機系統(tǒng)設計；P89C668 單片機；SJA1000；CAN 總線

　　CAN(Controller Area Network)總線，又稱控制器局域網(wǎng)，屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡.與其它幾種現(xiàn)場總線相比，CAN 總線是最容易實現(xiàn)、價格也最為低廉.由于其性能好，可靠性高、設計靈活，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、小區(qū)防范、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領域.

　　CAN總線規(guī)范已被國際標準化組織（ISO）定為國際標準，CAN協(xié)議也是建立在國際標準化組織的開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI）基礎上的.CAN總線主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，用戶可在其基礎上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應用層通信協(xié)議，由于CAN總線的可靠性高，使應用層通信協(xié)議得以大大簡化.目前市場上有多種不同型號的CAN控制器，它們實現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的結構和功能大多相同，只是與單片機接口部分的結構和方式有一些差異.

　　為了提高硬件電路的效率，簡化電路設計上的復雜性，保證電路的電氣兼容性，本文采用PHILIPS公司生產(chǎn)的P89C668單片機和CAN控制器SJA1000設計了CAN接口節(jié)點電路，并介紹了相關的軟件設計.

1 CAN總線節(jié)點接口硬件電路設計

　　CAN節(jié)點接口硬件電路原理如圖1所示.采用PHILIPS公司生產(chǎn)的P89C668單片機、CAN控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA82C250設計接口電路來實現(xiàn)CAN總線通信.

圖1 CAN總線接點接口硬件電路原理

　　P89C668單片機內帶64kB Flash存儲器，該存儲器既可并行編程，在系統(tǒng)編程ISP中也可串行編程，在實際的成型產(chǎn)品中可通過ISP升級用戶程序. 在Boot ROM程序中，可通過一個默認的串行下載器（UART）對Flash存儲器作ISP編程，而在Flash代碼區(qū)中并不需要調用下載器的代碼，用戶程序可通過調用在Boot ROM中的標準子程序對Flash存儲器擦除和再編程（即IAP）.

　　P89C688在6個時鐘周期內執(zhí)行一條指令，一個OTP位讓用戶可選擇傳統(tǒng)的12個時鐘周期.P89C688用先進CMOS工藝制造，是80C51單片機家族的衍生品，其指令集和80C51相同.該單片機有四個8位I/O口，三個16位定時器/事件計數(shù)器，多中斷源，四個優(yōu)先級，可嵌套中斷結構，一個增強型UART和片內振蕩器以及時序電路.P89C668新增特性使其成為一個功能強大的單片機，可為某些應用提供PWM、高速的I/O和加/減計數(shù).

　　SJA1000 是PHILIPS 公司生產(chǎn)的獨立CAN 通信控制器，它既支持CAN2.0A，又支持CAN2.0B，與PCA82C200 CAN 控制器兼容（BasicCAN），并可替代PCA82C200；增加了一種新的工作模式PeliCAN，使其支持具有很多新特性的CAN2.0B 協(xié)議；集成了CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理；具有多主結構、總線訪問優(yōu)先權、硬件濾波等特點.

　　PC82C250為CAN總線收發(fā)器，是CAN 控制器和物理總線的接口，提供對總線的驅動發(fā)送能力、對CAN控制器的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力.它具有很強的抗瞬間干擾和保護總線的能力，以及三種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機，如表1所示.總線上的某一個節(jié)點掉電不會影響總線，在40米內應用的速度可達1M baud，最多可掛110個節(jié)點.


從圖1 可看出，該硬件電路主要由單片機P89C668、CAN 獨立控制器SJA1000 和CAN 收發(fā)器PCA82C250 組成.
單片機P89C668 負責對SJA1000 進行初始化，通過控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收等通信任務.
SJA1000 的AD0~AD7連接到P89C668 的P0口；
CS連接到P89C668的P1.1，P1.1 為0 時選中SJA1000，可控制SJA1000；
SJA1000 的RD/E、WR、ALE/AS 分別連接到P89C668 的RD(P3.7)、WR(P3.6)、P1.0；
SJA1000的(INT)連接到P89C668 的P3.2(INT0)，這樣，P89C668 可以通過中斷方式訪問SJA1000；
SJA1000的模式選擇引腳MODE 接高電平時選擇Intel 模式；
為了保證時鐘同步，SJA1000 的CLKOUT 引腳使能，向P89C668 提供時鐘源.

2 CAN 總線節(jié)點接口軟件設計

　　實現(xiàn)CAN 總線通信，要對CAN 總線節(jié)點接口設計相應的總線通信程序；在總線通信之前，必須進行SJA1000 控制器初始化.在上電或復位后，單片機通過運行其自身復位程序初始化SJA1000.CAN總線通信程序大致由SJA1000 初始化、發(fā)送和接收三部分組成.以下分別對他們進行簡單的描述.

2.1  SJA1000 初始化
　　在上電后，CAN 控制器的RST 腳獲得一個復位脈沖，使之進入復位模式.在開始對SJA1000 各個配置寄存器進行設定之前，主控制器通過讀復位/請求標識來檢測SJA1000是否進入復位模式.為了避免微控制器的上電復位時間和SJA1000 的復位時間的偏差，微控制器要等待SJA1000 完成上電復位后才能對SJA1000 配置寄存器進行配置，存有配置信息的寄存器只能在復位模式下才可進行寫入.SJA1000 初始化程序在復位模式下，主控制器要配置下面的寄存器：
　�。�1）模式寄存器（僅在PeliCAN 模式下選擇應用操作模式）
接收過濾模式   
自檢測模式   
偵聽模式
　�。�2）時鐘分頻寄存器
使用BasicCAN 或PeliCAN 模式
CLKOUT 引腳是否可以使用
CAN 輸入比較器是否被跳過
TX1 輸出是否專門用于接收中斷輸出
　�。�3）總線定時寄存器
定義總線的位速率
定義位周期內的采樣點位采樣點
定義一個位周期的采樣數(shù)量
　�。�4）接收代碼和接收掩碼寄存器
定義要接收消息的接收代碼
定義與接收代碼相關位進行比較的接收掩碼
　�。�5）輸出控制寄存器
定義CAN 總線輸出引腳TX0 和TX1 的配置

　　在將這些配置信息配置到SJA1000配置寄存器后，通過消除復位模式，請求使SJA1000進入操作模式.一定要確保復位標志真的被刪除，并且在沒有進行CAN 總線通信前進入操作模式，這可以通過讀該標志來實現(xiàn). 當硬件復位處于掛起狀態(tài)，即CAN 控制器的RST 引腳為低電平時，復位模式/請求標志不能被清除.

　　下面是SJA1000 的初始化程序.
CAN_INI: MOV DPTR, #MOD; 模式寄存器
MOV A, #01H
MOVX @DPTR, A
NOP
MOVX A, @DPTR
ANL A, #01H
JZ CAN_INI; 等待SJA1000 進入復位模式
MOV DPTR, #BTR0; 總線定時0
MOV A, #BandRate0
MOV DPTR, #BTR1; 總線定時1
MOV A, # BandRate1
MOV DPTR, #OCR; 輸出控制寄存器
MOV A, #1AH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #CDR; 時鐘分頻器
MOV A, #0C0H
MOV DPTR, #ACR0; 接收代碼寄存器ACR0
MOV A, #ModuleAddress; 設置為模塊的地址
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOV @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #AMF0; 接收掩碼寄存器AMF0
MOV A, #0FFH; 接收代碼設置為
0X0FFFFFFFF
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #IER ; 中斷使能寄存器IER
MOV A, #09H; 允許接收中斷和數(shù)據(jù)溢出中斷
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MOV A, #04H; 釋放接收緩沖器
MOVX @DPTR, A
LOOP: MOV DPTR, #MOD
MOV A, #08H; 設置SJA1000 工作模式為普通模式,單濾波接收
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #MOD
MOV A, @DPTR
ANL A, #01H
JNZ LOOP; 等待復位標識被清除
RET

2.2 CAN 總線發(fā)送程序
　　對SJA1000控制器進行初始化建立CAN總線通信后，就可以通過CAN總線發(fā)送和接收報文.發(fā)送程序負責節(jié)點的報文發(fā)送.發(fā)送報文時，用戶只需將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按一定的格式組合成一幀的報文，并送入SJA1000發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動SJA1000發(fā)送即可.發(fā)送程序分發(fā)送數(shù)據(jù)幀和遠程幀兩種.通過設置RTR以決定是發(fā)送數(shù)據(jù)幀還是遠程幀.

　　SJA1000的報文主要有中斷控制和查詢兩種發(fā)送方式.主動發(fā)送報文建議采用查詢方式，一次發(fā)送不成功，可再次發(fā)送，這樣發(fā)送程序的處理比較簡單，可采用查詢SJA1000控制部分狀態(tài)標識符的方法.下面給出以查詢方式發(fā)送報文的發(fā)送程序.
CAN_SEND: MOV DPTR, #SR; 狀態(tài)寄存器SR
MOVX A, @DPTR;
ANL A, #04H
JZ CAN_SEND; 等待發(fā)送寄存器釋放
MOV R7, #0AH
MOV R0, #TXB_Data; 待發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址
MOV DPTR, #TXB_Addr; 發(fā)送寄存器的基地址
LOOP1: MOV A, @R0; 將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
INC R0
DJNZ R7, LOOP1
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MO A, #01H; 發(fā)送請求命令
MOVX @DPTR, A
RET

2.3 CAN總線接收程序
　　SJA1000 根據(jù)規(guī)則自動接收消息，接收到的消息放入接收緩沖器，同時接收緩沖器狀態(tài)標志位RBS 置為1，接收程序根據(jù)RBS 值來決定接收報文與否.SJA1000 報文的接收也有兩種方式：中斷和查詢.對通信的實時性要求不高時，可采用查詢方式，否則采用中斷方式.以下給出中斷接收方式程序.

CAN_INT: CLR EA; 關所有中斷
MOV DPTR, #IER; 中斷寄存器IER 使能
MOVX A, @DPTR
MOV R6, A; 保存SJA1000 中斷允
MOV A, #00H ; 重設SJA1000 中斷允許模式為不允許任何中斷
MOVX @DPTR, A
LCALL RECEIVE; 接收信息
JZ ReceivOk; 接收到的信息正確則跳轉，否則進行錯誤處理.. ..; 錯誤處理
ReceivOk: MOV DPTR, #IER
MOV A, R6; 恢復SJA1000 中斷允許模式
MOVX @DPTR, A
SETB EA; 開放中斷
RETI
RECEIVE: CLR A
MOV DPTR, #SR; 狀態(tài)寄存器SR
JZ ERROR; 不是正常的消息接收中斷則跳轉
LOOP2: MOV DPTR, #RXB_Addr; 接收寄存器的基地址
MOV R1, #RXB_Data; 存放所接收數(shù)據(jù)的首地址
MOV R7, #0AH
LOOP3: MOVX A, @DPTR; 接收數(shù)據(jù)
MOV @R1, A; 保存數(shù)據(jù)
INC DPTR
INC R1
DJNZ R7, LOOP3
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MOV A, #0X04; 釋放接收緩沖器
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #SR
MOVX A, @DPTR
CJNE A, #01H, LOOP2; 等待接收隊列為空
MOVD PTR, #IR; 中斷寄存器IR
MOVX A, @DPTR; 清空SJA1000 的接收中斷標識位
CLR A; 返回值ACC=0，表示接收消息正確
LJMP END_RECEIVE
ERROR: .. ..; 接收消息錯誤處理
MOVA, #01H; 返回值ACC=1，表示接收消息不正確
NED_RECEIVE: RET

3 結語

　　以上介紹了P89C668單片機及其與CAN控制器SJA1000之間的接口方法，并給出了SJA1000在PeliCAN模式下的SJA1000初始化程序、發(fā)送程序和接收程序.可在此基礎上實現(xiàn)更復雜的CAN總線通信處理，如報警處理、錯誤處理等. 


  來源:零八我的愛
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