基于STC89C51的CAN總線點(diǎn)對點(diǎn)通信模塊設(shè)計 - 全文

　　隨著人們對總線對總線各方面要求的不斷提高，總線上的系統(tǒng)數(shù)量越來越多，繼而出現(xiàn)電路的復(fù)雜性提高、可靠性下降、成本增加等問題。為解決上述問題，文中闡述了基于SJAl000的CAN總線通信模塊的實(shí)現(xiàn)方法，該方法以PCA82C250作為通信模塊的總線收發(fā)器，以SITA-l000作為網(wǎng)絡(luò)控制器。并以STCSTC89C5l單片機(jī)來完成基于STC89C5l的CAN通信硬件設(shè)計。文章還就平臺的初始化、模塊的發(fā)送和接收進(jìn)行了設(shè)計和分析。通過測試分析證明，該系統(tǒng)可以達(dá)到CAN的通信要求，整個系統(tǒng)具有較高的實(shí)用性。

　　0 引言

　　現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)最底層的一種總線型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，是可用做現(xiàn)場控制系統(tǒng)直接與所有受控設(shè)備節(jié)點(diǎn)串行相連的通信網(wǎng)絡(luò)。在工業(yè)自動化方面，其控制的現(xiàn)場范圍可以從一臺家電設(shè)備到一個車間、一個工廠。一般情況下，受控設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)所處的環(huán)境可能很特殊，對信號的干擾往往也是多方面的。但要求控制則必須實(shí)時性很強(qiáng)，這就決定了現(xiàn)場總線有別于一般的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。此外，由于現(xiàn)場總線的設(shè)備通常是標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計簡單、易于重構(gòu)等特點(diǎn)。

　　1 CAN總線概述

　　CAN （Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，最初是由德國Bosch公司為汽車檢測和控制系統(tǒng)而設(shè)計的。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性。其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計，使CAN總線越來越受到人們的重視。由于CAN總線本身的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、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。目前，CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。它的直線通信距離最大可以達(dá)到l Mbps／30m．其它的節(jié)點(diǎn)數(shù)目取決于總線驅(qū)動電路，目前可以達(dá)到110個。

　　2 CAN系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　圖1所示是基于CAN2．0B協(xié)議的CAN系統(tǒng)硬件框圖，該系統(tǒng)包括電源模塊、MCU部分、CAN控制器、光電耦合器、CAN收發(fā)器和RS232 接口。硬件系統(tǒng)MCU采用STC89C5l，CAN控制器采用SJAl000，CAN收發(fā)器采用PCA82C250，光耦隔離采用6N137。

　　圖1中的CAN控制器SJAl000是CAN控制器（BasicCAN）PCA82C200的替代產(chǎn)品，它增加了一種新的操作模式（PeliCAN），這種模式可以支持很多新特性的CAN2．OB協(xié)議。微處理器STC89C5l在一定的模式下可對SJAl000中的寄存器進(jìn)行讀寫操作，以控制SJAl000進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

　　CAN收發(fā)器PCA82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口。它最初是為汽車中的高速應(yīng)用（lMbps）而設(shè)計的。該器件可以提供對總線的差

　　動發(fā)送和接收功能。它采用雙線差分驅(qū)動方式，有助于抑制汽車等惡劣電氣環(huán)境下的瞬變干擾。PCA82C250可對SJAl000傳來的TTL電平和CAN總線差動信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，而且可使總線具有較好的EMC特性。

　　光耦隔離器可對總線上各個CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電氣隔離，以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互影響。

　　2．1 CAN控制器硬件電路的設(shè)計

　　將SJAl000的ADO～AD7連接到STC89C5l的P0口，CS連接到STC89C5l的P20，這樣，當(dāng)P20為O時，CPU片外存儲器地址即可選中SJAl000，CPU則通過這些地址對SJAl000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。設(shè)計時，可將SJAl000的RD、WR、ALE分別和STC89C5l的對應(yīng)引腳相連，INT接STC89C51的IN-T0，這樣，CPU可以通過中斷方式來訪問SJAl000。其連接電路圖如圖2所示。