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　　CAN總線最早是德國的BOSCH公司為解決汽車的監(jiān)測，控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。簡單介紹了CAN總線的特點(diǎn)與構(gòu)成。詳細(xì)介紹了主節(jié)點(diǎn)的工作過程和從節(jié)點(diǎn)硬件接口電路的搭建方法，并通過對微處理器的軟件編程，實(shí)現(xiàn)了CAN總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時通信。整個節(jié)點(diǎn)通信系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可以滿足現(xiàn)場環(huán)境要求。本文重點(diǎn)就模擬量輸入模塊和開關(guān)量輸入模塊的設(shè)計(jì)，采用具有CAN接口的C8051F550單片機(jī)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的從節(jié)點(diǎn)，用來采集模擬量和開關(guān)量，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)中央控制器的通信。

　　1 CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　如圖1所示，本設(shè)計(jì)中通過帶有終端器(120歐電阻)的通信介質(zhì)(雙絞線)將上位機(jī)和底層模塊連接起來。實(shí)驗(yàn)中，終端電阻和雙絞線阻抗的匹配確保了數(shù)據(jù)信號不會在總線的兩端反射。上位機(jī)(主節(jié)點(diǎn))采用USB—CAN接口適配器(型號GYB507)，使PC機(jī)直接通過USB接口就可連入CAN總線網(wǎng)絡(luò)，成為一個標(biāo)準(zhǔn)的CAN節(jié)點(diǎn)。配合總線通信測試軟件CANtool的使用，可直接配置PC機(jī)的發(fā)送與接收狀態(tài)，通信速率和報文濾波功能等。同時，還可實(shí)時監(jiān)測顯示網(wǎng)絡(luò)中各從節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，應(yīng)用簡單、方便。

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　　2 智能節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是將CPU與CAN總線控制器和總線收發(fā)器相連后再連入總線網(wǎng)絡(luò)，這樣使CPU外圍電路復(fù)雜化，整個系統(tǒng)受外部影響較大。為了解決這一問題，很多單片機(jī)廠商都將CAN控制器集成在單片機(jī)上。本文中選用C8051F550該單片機(jī)，它是內(nèi)部集成的CAN控制器，完全按照BoshchCAN全功能的CAN模塊實(shí)現(xiàn)，符合CAN2.0B協(xié)議，工作位速率可達(dá)1Mpbs。控制器包含有一個CAN內(nèi)核，消息緩沖區(qū)，報文處理狀態(tài)機(jī)和CAN控制寄存器。通信控制器有32個消息對象，可以配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)，消息對象及其標(biāo)識符存儲在CAN消息緩沖區(qū)中，能實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能及物理層大部分功能。CIP-51CPU可通過特殊功能寄存器直接或間接訪問CAN控制寄存器(CANOCN)，測試寄存器(CANOTST)和狀態(tài)寄存器(CANOSTA)。所有其它寄存器只能通過CANOADR，CANODATH和CANOTAL寄存器以地址索引方式間接訪問。

　　CAN總線的驅(qū)動器采用隔離CAN總線收發(fā)器CTM1050，通信速率1Mbps，至少可連接110個節(jié)點(diǎn)。內(nèi)部集成的電氣輸入級隔離電路，可隔離高達(dá)2 500V的直流電壓。輸入級兼容3.3V和5V的CAN控制器，輸出級驅(qū)動具有溫度保護(hù)，內(nèi)部TVS管可防止總線過壓功能。與傳統(tǒng)的PCA82C250總線收發(fā)器相比，主要優(yōu)點(diǎn)是無需外加光耦可直接使用，外圍電路簡單，安全，可滿足工業(yè)現(xiàn)場惡劣條件的使用。圖2所示為C805117550與CTM1050的接口電路。

　　3 智能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

　　圖1中三個節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的通信方式采用的是節(jié)點(diǎn)1、3與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信工作方式。節(jié)點(diǎn)1、3的微處理器C8051F550上電復(fù)位后，自動采集模擬電壓信號，通過C8051F550內(nèi)部集成的12位A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，如果收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，可以通過CANtool軟件，發(fā)送自定義的錯誤數(shù)據(jù)標(biāo)識給兩個節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)收到該數(shù)據(jù)后，停止A/D采樣工作。節(jié)點(diǎn)1、3與節(jié)點(diǎn)2是主從工作方式。當(dāng)節(jié)點(diǎn)2的開關(guān)量有按鍵按下時，1、3節(jié)點(diǎn)將實(shí)時采集到的數(shù)據(jù)在發(fā)送給節(jié)點(diǎn)2，并在節(jié)點(diǎn)2的LCD上顯示。

　　3.1 初始化CAN控制器

　　C8051F550上電復(fù)位后，控制寄存器CANOCN的INIT位和CCE位置‘1’。允許寄存器初始化并寫入設(shè)置信息。需要寫入的寄存器主要包括位定時寄存器和擴(kuò)展寄存器，命令掩碼寄存器。主要完成時序參數(shù)的配置和消息對象的初始化。本設(shè)計(jì)中，使用晶振頻率為11.05MHz，位定時設(shè)置為996.65～1000ns。初始化程序如下：

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　　3.2 CAN中斷服務(wù)程序

　　C8051F550的CAN支持的中斷方式有狀態(tài)中斷和模塊中斷。狀態(tài)中斷方式是在報文成功傳輸或檢測到CAN總線出錯時發(fā)生的。模塊中斷也稱消息中斷。CAN控制器允許用戶按需求配置消息對象成為中斷源。通過設(shè)置消息控制寄存器的中斷懸掛位可實(shí)現(xiàn)此功能。在CAN中斷寄存器中以最高優(yōu)先級來指向這些掛起的中斷，而不考慮時序。狀態(tài)中斷有最高優(yōu)先級，讀取狀態(tài)寄存器會自動清除狀態(tài)中斷值(8000h)。消息中斷優(yōu)先級是隨消息編號的增加而減小。消息中斷是由清除消息對象的INTPND位來清除的。中斷服務(wù)流程圖如圖3所示。

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　　4 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)的總線通信網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)三個節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的連調(diào)，系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案，使其具有較好的模塊化和可移植性，對于不同的系統(tǒng)功能或不同的應(yīng)用環(huán)境，可以方便地進(jìn)行編程重組。

　　本文設(shè)計(jì)的CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)中的主從智能節(jié)點(diǎn)經(jīng)過試驗(yàn)調(diào)試，硬件電路工作正常，在總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中抗干擾能力強(qiáng)。軟件部分實(shí)時性強(qiáng)，準(zhǔn)確率高。從節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時地將信息傳送給主節(jié)點(diǎn)，以便主節(jié)點(diǎn)實(shí)時監(jiān)控。整個節(jié)點(diǎn)通信系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可以滿足現(xiàn)場環(huán)境要求。

　　在設(shè)計(jì)過程中，認(rèn)識到目前基于CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器無法為實(shí)時和非實(shí)時性數(shù)據(jù)動態(tài)分配優(yōu)先權(quán)，基于事件觸發(fā)模式的訪問機(jī)制無法滿足眾多節(jié)點(diǎn)的實(shí)時訪問。