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MCP2510 |
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單片機(jī)和MCP2510的CAN息線通信模塊設(shè)計
摘要�。茫粒慰偩�上的分布式控制節(jié)點一般由單片機(jī)和可編程的ＣＡＮ通信控制器組成。硬件方面介紹了節(jié)點的電路原理，軟件方面給出了系統(tǒng)程序設(shè)計流程及其需要注意的問題。
�。茫粒危ǎ茫铮睿簦颍铮欤欤澹颉。粒颍澹帷。危澹簦鳎铮颍耄┛偩�，即控制器局域網(wǎng)。由于具有高性能、高可靠性以及獨特的設(shè)計，ＣＡＮ總線越來越受到人們的重視。德國的Ｂｏｓｃｈ公司最初為汽車監(jiān)控和控制系統(tǒng)設(shè)計了ＣＡＮ總線，現(xiàn)在，其應(yīng)用已面向過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。ＣＡＮ總線已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。ＣＡＮ總線規(guī)范已經(jīng)被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯｌｌ８９８，并得到眾多半導(dǎo)體器件廠商的支持，推出各種集成有ＣＡＮ協(xié)議的產(chǎn)品。ＣＡＮ總線系統(tǒng)智能節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)上報文的接收和發(fā)送站，一般由單片機(jī)和ＣＡＮ控制器或二者合二為一組成。
�。停茫校玻担保笆牵停椋悖颍铮悖瑁椋鸸旧a(chǎn)的一種獨立的可編程ＣＡＮ控制器芯片。本文將介紹新型的獨立ＣＡＮ通信控制器ＭＣＰ２５１０，并給出其在ＣＡＮ總線系統(tǒng)智能節(jié)點中的應(yīng)用實例。
１�。停茫校玻担保靶酒榻B
ＭＣＰ２５１０是一種帶有ＳＰＩ接口的ＣＡＮ控制器，ＤＩＰ封裝如圖ｌ所示。它支持ＣＡＮ技術(shù)規(guī)范Ｖ２．ＯＡ／Ｂ。能夠發(fā)送或接收標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的信息幀，同時具有接收濾波和信息管理的功能。ＭＣＰ２５１０通過ＳＩ接口與ＭＣＵ進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)５Ｍｂｐｓ，ＭＣＵ可通過ＭＣＰ２５１０與ＣＡＮ總線上的其他ＭＣＵ單元通信。ＭＣＰ２５ｌＯ內(nèi)含３個發(fā)送緩沖器和２個接收緩沖器，同時還具有靈活的中斷管理能力，這些特點使得ＭＣＵ對ＣＡＮ總線的操作變得非常簡便。
�。保薄。停茫校玻担保暗闹饕攸c
◇支持ＣＡＮＶ２．ＯＡ／Ｂ；
◇具有ＳＰＩ接口，支持ＳＰＩ模式０，Ｏ和ｌ，１；
◇內(nèi)含３個發(fā)送緩沖器和２個接收緩沖器，可對其優(yōu)先權(quán)進(jìn)行編程；
◇具有６個接收過濾器，２個接收過濾器屏蔽；
◇具有靈活的中斷管理能力；
◇采用低功耗ＣＭＯＳ工藝技術(shù)，其工作電壓范圍為３．０～５．５Ｖ，有效電流為５ｍＡ，維持電流為１０μＡ；
◇工作溫度范圍為－４０～＋１２５℃。
�。保病〗Y(jié)構(gòu)及工作原理
�。停茫校玻担欤嫌校校模桑�、ＳＯＩＣ和ＴＳＳＯＰ三種封裝形式。圖２是ＭＣＰ２５１０的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。ＣＡＮ協(xié)議機(jī)負(fù)責(zé)與ＣＡＮ總線的接口，ＳＰＩ接口邏輯用于實現(xiàn)同ＭＣＵ的通信，而寄存、緩沖器組與控制邏輯則用來完成各種方式的設(shè)定和操作控制�，F(xiàn)結(jié)合其工作過程將各部分的功能、原理作一介紹。
（１）收發(fā)操作
�。停茫校玻担保暗陌l(fā)送操作通過３個發(fā)送緩沖器來實現(xiàn)。這３個發(fā)送緩沖器各占據(jù)１４字節(jié)的ＳＲＡＭ。第１字節(jié)是控制寄存器ＴＸＢＮＣＴＲＬ，該寄存器用來設(shè)定信息發(fā)送的條件，且給出了信息的發(fā)送狀態(tài)；第２～６字節(jié)用來存放標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的標(biāo)識符以及仲裁信息；最后８字節(jié)則用來存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。在進(jìn)行發(fā)送前，必須先對這些寄存器進(jìn)行初始化。
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�。停茫校玻担保坝校競�中斷源，包括發(fā)送中斷、接收中斷、錯誤中斷及總線喚醒中斷等。利用中斷使能寄存器（ＣＡＮＩＮＴＥ）和中斷屏蔽寄存器（ＣＡＮＩＮＴＦ）可以方便地實現(xiàn)對各種中斷的有效管理。當(dāng)有中斷發(fā)生時，ＩＮＴ引腳變?yōu)榈碗娖讲⒈３衷诘碗娖�，直到ＭＣＵ清除中斷為止�?/FONT>
�。ǎ常╁e誤檢測
�。茫粒螀f(xié)議具有ＣＲＣＦ錯誤、應(yīng)答錯誤、形式錯誤、位錯誤和填充錯誤等檢測功能。ＭＣＰ２５１０內(nèi)含接收出錯計數(shù)器（ＲＥＣ）和發(fā)送出錯計數(shù)器（ＴＥＣ）兩個錯誤計數(shù)器。因而對網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點來說，都有可能因為錯誤計數(shù)器的數(shù)值不同而使其處于錯誤一激話、錯誤一認(rèn)可和總線一脫離３種狀態(tài)之一。
�。病。停茫校玻担保霸谥悄芄�(jié)點中的應(yīng)用實例
利用ＭＣＰ２５１０和ＣＡＮ總線收發(fā)器ＴＪＡｌ０５０可構(gòu)成一個ＣＡＮ總線分布式測控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)可包括一個主控制器和多個節(jié)點控制器，這種節(jié)點控制器可對電動機(jī)的電流、電壓及周圍的溫度進(jìn)行監(jiān)控，其結(jié)構(gòu)如圖３所示。
這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用了總線式結(jié)構(gòu)和無源抽頭連接，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低，因而系統(tǒng)的可靠性較高。其信息傳輸采用ＣＡＮ通信協(xié)議，通信介質(zhì)采用雙絞線。由于ＣＡＮ總線是基于發(fā)送報文的編碼，不對ＣＡＮ控制節(jié)點進(jìn)行編碼，故系統(tǒng)的可擴(kuò)充性比較好，同時增刪ＣＡＮ總線上的控制節(jié)點不會對系統(tǒng)的其余節(jié)點造成任何影響。
節(jié)點控制器的ＭＣＵ可選用具有ＳＰＩ接口的微處理器，也可采用不帶ＳＰＩ接口的微處理器。本系統(tǒng)采用的是不帶ＳＰＩ接口的微處理器ＡＴ８９Ｃ５ｌ。ＡＴ８９Ｃ５１可通過Ｐ１口與ＣＡＮ控制器的ＳＰＩ接口直接相連，并用軟件算法來實現(xiàn)ＳＰＩ接口協(xié)議。ＣＡＮ總線收發(fā)器ＴＪＡｌ０５０則作為ＭＣＰ２５１０與物理總線的接口。如果需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，則可在ＭＣＰ２５１０和ＴＪＡｌ０５０之間再加一個光電隔離器。
智能節(jié)點電路原理圖如圖４所示。
２．１ 軟件設(shè)計
�。停茫校玻担保罢９ぷ髦埃枰M(jìn)行正確的初始化，包括設(shè)置ＳＰＩ接口的數(shù)據(jù)傳輸速率、ＣＡＮ通信的波特率、ＭＣＰ２５ｌＯ的接收過濾器和屏蔽器以及發(fā)送和接收中斷允許標(biāo)志位等。與ＳＪＡｌ０００不同的是，單片機(jī)對ＭＣＰ２５１０的接收緩沖器和發(fā)送緩沖器的操作，必須通過ＳＰＩ接口用ＭＣＰ２５ｌＯ內(nèi)置讀寫命令來完成。其讀、寫命令時序圖如圖５和圖６所示。
本文中ＭＣＰ２５１０主要采取中斷模式進(jìn)行總線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。整個系統(tǒng)主序提供兩種中斷：定時器中斷和外部中斷。定時器中斷的中斷子程序主要負(fù)責(zé)處理來自模擬通道ＡＩＮＯ～ＡＩＮ７的Ａ／Ｄ數(shù)據(jù)，向ＭＣＰ２５ｌＯ發(fā)送“數(shù)據(jù)發(fā)送請求命令”以及發(fā)送數(shù)據(jù)。外部中斷的中斷處理子程序主要包括ＣＡＮ總線錯誤處理子程序和數(shù)據(jù)接收子程序。
�。玻病≤浖黧w設(shè)計流程
軟件主體設(shè)計流程如圖７所示。軟件設(shè)計時需要注意以下問題：
�、僖驗椋停茫校玻担保霸诔跏蓟瓿珊筇幱谀J(rèn)Ｃｏｎｆｉｇ－ｕｒａｔｉｏｎ模式下，所以就需要在ＭＣＰ２５１０的初始化完后將其置為Ｎｏｒｍａｌ模式，否則ＭＣＰ２５１０將一直停留在Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ模式下，不能正常進(jìn)行工作。將ＭＣＰ２５１０置Ｎｏｒｍａｌ模式可通過使用ＭＣＰ２５１０內(nèi)置的ＢｉｔＭｏｄｉｆｙ（位修改）４指令向ＣＡＮＣＴＲＬ控制字寫入一個０字節(jié)來實現(xiàn)。
�、谠趯Γ停茫校玻担保斑M(jìn)行任何操作之前，都要由微處理器向ＭＣＰ２５１０的片選ＣＳ輸出一個低電平，使得ＭＣＰ２５１０選通。
�、墼趫�(zhí)行ＭＣＰ２５１０的“讀”操作時，發(fā)送完讀指令及其地址碼之后，仍然需要向ＭＣＰ２５１０提供時鐘，以接收“讀”到的數(shù)據(jù)。可以通過向ＭＣＰ２５１０發(fā)送一個Ｏ字節(jié)來實現(xiàn)。
�、茉趯Γ停茫校玻担保巴瓿扇我獠僮骱�，都要延時一段時間，使其有足夠的時間來準(zhǔn)備接收下次操作的命令，防止出現(xiàn)ＭＣＰ２５１０“忙”的情況。
�。场】偂〗Y(jié)
�。茫粒慰偩�已被公認(rèn)為是最有前途的幾種現(xiàn)場總線之一。因其性價比高、實現(xiàn)簡單等突出優(yōu)點深受越來越多的研發(fā)人員的青睞。本文的智能節(jié)點可聯(lián)結(jié)多個集散控制系統(tǒng)，其軟硬件電路的設(shè)計方法同樣適合于其他基于ＣＡＮ總線的分布式控制系統(tǒng)的節(jié)點設(shè)計。
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