基于CAN总线的多机通信中的设计应用

随着微处理器的发展，利用微处理器对工业生产过程进行控制已成为趋势。在工业控制过程中，由于大量数据信息的共享和传输，传统的串行通信模式已不能满足要求。在工业控制领域中，需要一种抗干扰性强、可靠性高、传输速度快和传输距离长的总线结构。CAN总线技术不仅满足上述要求，而且还能实现多点间的信息传递。本文使用PCI9810-cAN适配卡上的CAN总线组成局域网络，实现多微处理器间的信息传递和PC机对多处理器的检控、通信。

　　1 CAN总线简介

　　CAN（Controller Area Networks）总线，最早是由德国Bosch公司开发用于局域网控制的总线技术。CAN总线采用传统的双线串行通信方式，具有诊断能力，抗电磁干扰，其最陕传输速率可达1 Mb·s-1，最长通信距离可达10 km（此时的传输速率大约为40 kb·s-1）。在CAN总线组成的局域网络中，通信节点之间不采用主从方式，而是具有总线访问优先权，通信方式灵活，可实现点对点，一点对多点及广播方式传输数据。

　　2 系统通信模块的硬件设计

　　CAN总线是由PCI9810-CAN适配卡提供，本文主要完成通信节点的设计。通信节点不仅可以和PC机进行信息交换，还可独立与其他各节点通信。微处理器在需要和主机或其它节点通信时，其通过P0口向SJA1000T的寄存器发送信息，再由PCA82C250把信息传递到CAN总线上。主机和其他通信节点判断接收报文的标识符，将对接收到的信息作相应的处理，从而实现通信功能，如图1所示。

 

图1 系统通信接点的原理

　　在设计过程中，为了满足多微处理器间通信的实时性和可靠性要求，结合CAN控制器的特点，对图1作简单介绍：

　　（1）收发器PCA82C250的引脚8（Rs）有3种工作方式：高速，斜率控制和待机。斜率控制方式具有抗射频干扰的功能，所以采用47 kΩ的电阻连接引脚8，实现斜率控制方式。

　　（2）图1中应为两个高速光电耦合隔离器件6N137，由于6N137输出引脚的驱动能力不够，需要连接一个约390 Ω的上拉电阻，以增加输出引脚的驱动能力。两个光电耦合隔离器件6N137的电源信号采用5 V的DC-DC隔离模块WRA0505P，以增强系统的抗干扰能力。

　　（3）收发器PCA82C250的CANH和CANL引脚各自由通过一个5 Ω的电阻与CAN总线相连，电阻起到一定的限流作用，保护PCA82C250免受CAN总线上的过流冲击。

　　（4）收发器PCA82C250的CANH和CANL引脚与电源地之间分别反接一个保护二极管和30 pF的电容，可以起到CAN总线的过压保护作用和过流冲击。

　　（5）CAN控制器SJA1000T输入方式有2种：Intel输入方式和Motorola输入方式。在此采用Intel输入方式，所以SJA1000T的MODE引脚接高电平。

　　（6）设计仅用到TX0和RX0引脚，根据SJA1000T通信协议所要求的输入／输出逻辑电平关系，SJA1000T的TX1脚悬空，RX1引脚的电位必须维持在0.5 Vcc以上，所以在TX1引脚接上约6.8 kΩ和3.6 kΩ分压电阻。

　　（7）微处理器C51的引脚P2.7接CAN控制器SJA1000T的片选信号／CS，可知CAN控制器SJA1000T的寄存器首地址为8000H。处理器C41和CAN控制器SJA1000T共用12 MHz的晶振，以提高通信速率。

　　通过上述分析，设计的电路原理图，如图2所示。

 

图2 通信节点的电路原理图

　　3 系统通信模块的软件设计

　　通信模块的软件由3部分组成：初始化程序，发送程序和接受程序。仅这3部分程序，就能完成通信节点间信息的传递。要将CAN总线应用于更复杂的通信系统中，还要考虑CAN总线的错误处理，超载处理等功能和节点间的计算方法。由于每个通信节点都有自己的MCU，所以它们之间可以自由通信。通过CAN收发器PCA82C250的引脚CANH和CANL对总线输出，使总线表现“显性”，这时可发送信息。判断总线表现为“显性”时，就要为接受信息做好准备。

　　3.1 CAN控制器SJA1000T初始化程序

　　该程序首先进入复位状态，设置SJAl000T的模式寄存器MR为Basic CAN模式，验收码寄存器ACR和屏蔽码寄存器AMR，再设置定时器0和定时器1，输出控制寄存器OCR，重新设置控制寄存器CR，返回到正常工作模式下。初始化程序流程图如图3所示。

 

图3 初始化程序流程图

　　3.2 发送程序

　　此系统采用中断方式发送信息，这样能节省资源，提高通信效率。需要发送信息时，先将信息组合成一帧报文：数据帧或远程帧。进入发送程序后，首先关闭中断，保护现场，读中断寄存器是否为发送中断，将报文写入发送缓冲区，设置命令寄存器允许发送，开中断。发送程序流程图，如图4所示。

 

图4 发送程序流程图

　　3.3 接受程序

　　此系统仍采用中断方式接收信息。接收程序比较复杂，需要对错误报警，接收溢出等情况作进一步的处理。信息报文通过CAN总线被送入接收缓存器中，接收中断被置位，处理器从控制器SJA1000T的缓存器内读取信息，再设置新的接收标志，开中断。接收程序流程图如图5所示。

 

图5 接收程序流程图

　　4 结束语

　　把多个通信节点连接到PCI9810-CAN适配卡上的CAN总线，构成一个局部通信网络，从而实现PC机对多通信节点的检控和信息传送，通信节点间的高速通信。在实际中，可以实现约110个通信节点间的通信，但系统比较复杂，通信效率降低，就需要考虑PCI9810-CAN适配卡和通信节点的程序改进和相应算法的应用。在多机通信系统的设计过程中，主要是通过软件的编写，提高系统的高速传输性。