現(xiàn)在市場(chǎng)上主要有兩種CAN的接口卡，使用PCI總線和使用USB接口,。前者具有傳輸速度快的特點(diǎn),，但卻要占用一個(gè)計(jì)算機(jī)的插槽，并且設(shè)計(jì)上十分困難,；后者的傳輸速度也很快,，且價(jià)格較便宜，但要花費(fèi)很大的精力進(jìn)行USB的固件開發(fā)和維護(hù),，并要編寫復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序,。根據(jù)此，需要設(shè)計(jì)一種能夠方便讀取CAN總線數(shù)據(jù),，并通過RS 232串行口將數(shù)據(jù)送給PC機(jī)處理和顯示的接口卡,；此外還需對(duì)其串行傳輸?shù)膮f(xié)議進(jìn)行加強(qiáng),，以使能有效地降低傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

　　1 接口卡的硬件設(shè)計(jì)

　　硬件部分主要包括主控制器,、CAN總線控制器,、CAN總線收發(fā)器以及與計(jì)算機(jī)的RS 232通信接口芯片等。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。主控制器通過CAN總線接口接收和緩存數(shù)據(jù),。根據(jù)PC機(jī)的命令進(jìn)行選擇性的數(shù)據(jù)傳輸。

　　1．1 與CAN總線接口

　　如圖2所示,，接口卡的控制器選用Atmel公司的AT89S51,，該單片機(jī)的引腳和功能與8051兼容，并且內(nèi)部含有4 KB的FLASH ROM,，支持在系統(tǒng)編程(ISP),，這樣可以很方便地將應(yīng)用程序下載到單片機(jī)里。

　　CAN總線控制器選用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000,，該芯片是PCA82C200CAN控制器的替代品,，而且新增加了一種PeliCAN工作模式，能夠支持CAN 2．0B協(xié)議,。它還支持錯(cuò)誤中斷,、報(bào)警限制、驗(yàn)收濾波器擴(kuò)展和自接收請(qǐng)求等功能,。在系統(tǒng)中,，將SJA1000的中斷輸出引腳INT接到單片機(jī)的中斷輸入引腳，這樣可以在接收數(shù)據(jù)或者總線錯(cuò)誤時(shí)產(chǎn)生中斷,，由控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理,。SJA1000的片選CS端接單片機(jī)的P2．7引腳，這樣SJA1000的地址就確定為7F00H～7FFFH,。

　　選用芯片82C250作為CAN控制器和物理總線間的驅(qū)動(dòng)接口,，可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力，其最高速可達(dá)1 Mb／s,。由于實(shí)際系統(tǒng)中存在干擾,，故增加高速光隔6N137，以起到隔離的作用,。電氣接口很簡(jiǎn)單,，有CANH和CANL兩根線，用以完成CAN的數(shù)據(jù)傳輸,。在CAN總線的兩端有一個(gè)120Ω的電阻,，其作用為匹配總線阻抗，用于提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性,。具體電路如圖2所示,。

　　1．2 與RS 232接口

　　RS 232標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)(EIA)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)，它適合于數(shù)據(jù)傳輸率在O～20 000 b／s范圍內(nèi)的通信,，目前廣泛用于計(jì)算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近端連接,。實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在5～15V之間,。所以為了與單片機(jī)進(jìn)行通信,。必須對(duì)其電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在常用的轉(zhuǎn)換芯片是MAX232,。MAX232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路,，只需5V電源便可實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS 232電平的轉(zhuǎn)換，使用十分方便,。串口接口電路如圖3所示,。

　　2 接口卡的軟件設(shè)計(jì)

　　2．1 RS 232接口軟件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)與PC端的數(shù)據(jù)通信需要設(shè)計(jì)一個(gè)通信協(xié)議，采用同步通信方式進(jìn)行,。將通信協(xié)議分成命令幀,、應(yīng)答幀和數(shù)據(jù)幀三種格式。每種幀都包含有起始字節(jié),、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,、校驗(yàn)字節(jié)和幀結(jié)束字節(jié)。具體格式如圖4所示,。

　　命令幀共6個(gè)字節(jié),，傳輸方向?yàn)镻C機(jī)到單片機(jī)。以0X00H作為幀起始,，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2,，當(dāng)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2同為0X00時(shí)，表示啟動(dòng)接口卡,，單片機(jī)接收到該信號(hào)后．會(huì)初始化SJA1000,，并將結(jié)果反饋給PC機(jī)(成功或失敗)；當(dāng)數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2同為0XFFH時(shí),，表示要求接口卡停止工作,，單片機(jī)會(huì)讓 SJA1000進(jìn)入睡眠模式，以退出總線,；當(dāng)數(shù)據(jù)1為0X01H時(shí),，表示PC機(jī)要求只接收某個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)2則表示該接點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào),，單片機(jī)會(huì)重新設(shè)置 SJA1000的驗(yàn)收濾波器,，屏蔽掉其他不需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

　　應(yīng)答幀共6個(gè)字節(jié),，傳輸方向?yàn)閱纹瑱C(jī)到PC機(jī),。以0X11H作為幀起始,，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2，當(dāng)單片機(jī)接收到PC機(jī)的啟動(dòng)或停止命令,，并設(shè)置成功后,，發(fā)送兩字節(jié)數(shù)據(jù)同為0X00H給PC，若設(shè)置失敗,，則發(fā)送兩字節(jié)數(shù)據(jù)同為0XFFH給PC,；對(duì)于PC要求讀取特定節(jié)點(diǎn)的命令，單片機(jī)以0X10H作為應(yīng)答起始,，并以兩字節(jié)同為0X00H表示成功,，兩字節(jié)同為0XFFH表示失敗。

　　數(shù)據(jù)幀為接口卡從總線上讀到的數(shù)據(jù),，因?yàn)榭偩€上數(shù)據(jù)有標(biāo)準(zhǔn)幀,、遠(yuǎn)程幀等之分，而且每個(gè)幀中裝載的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度未知,，所以數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度不定,，其傳輸方向也為單片機(jī)到PC，起始字節(jié)為0X22H,。SJA1000每次接收到有效數(shù)據(jù)后會(huì)讓單片機(jī)產(chǎn)生接收中斷,，單片機(jī)則在中斷處理中將數(shù)據(jù)首先讀入到RAM中暫時(shí)存放，然后計(jì)算其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和校驗(yàn)和,，將數(shù)據(jù)封裝成幀,，然后將幀通過串口送給PC處理和顯示。

　　各種類型的幀以0X33H作為幀結(jié)束標(biāo)識(shí),。校驗(yàn)和字節(jié)用來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,，單片機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)前將各個(gè)字節(jié)相加，并將結(jié)果填人校驗(yàn)字節(jié),。PC端接收到數(shù)據(jù)后,，重新計(jì)算校驗(yàn)和，并與單片機(jī)發(fā)送的校驗(yàn)和相比較,，相同則正確接收,，否則要求單片機(jī)重新發(fā)送。

　　2．2 協(xié)議的透明性分析

　　在同步傳輸數(shù)據(jù)的過程中,，幀的起始字節(jié)和結(jié)束字節(jié)是非常重要的,，它能夠保證數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)確性。但因?yàn)檫@兩個(gè)字節(jié)的存在,，同時(shí)也引出了另一個(gè)待解決的問題,，就是當(dāng)數(shù)據(jù)場(chǎng)中出現(xiàn)了與起始字節(jié)相同的數(shù)據(jù)時(shí)，很有可能會(huì)導(dǎo)致PC端把它看成一個(gè)新的幀起始，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的處理和顯示錯(cuò)誤,，這也就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍詥栴},。針對(duì)串口的數(shù)據(jù)傳輸，有一種比較好的解決方案,。該方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為ASCII字符來進(jìn)行傳送,，就是將每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，將一個(gè)16進(jìn)制的字節(jié)拆分成兩個(gè)字節(jié),，如5AH，5BH,，5CH,，…，可以拆分為50H,，0AH,，50H，0BH,，50H,，OCH，…,，PC機(jī)再接收到數(shù)據(jù)后,，再將數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩相或組合。這樣,，只需要32個(gè)字節(jié)就可以組合成為00H～0FFH中任一個(gè)數(shù)據(jù),。但這種辦法的缺點(diǎn)也是顯而易見的，應(yīng)用它所發(fā)送的有效數(shù)據(jù)量是正常發(fā)送的兩倍,，對(duì)于串口這種傳輸速度不高的通信介質(zhì)而言,，在數(shù)據(jù)量較大的情況下，不是一種可取的方法,。

　　在該接口卡中作者采取了另一種轉(zhuǎn)義字符的方法,。首先定義一個(gè)轉(zhuǎn)義字符標(biāo)識(shí)OXDBH。對(duì)于CAN總線而言,，其每個(gè)幀的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8,，即使將CAN的幀信息和識(shí)別碼全部當(dāng)作數(shù)據(jù)發(fā)送，其長(zhǎng)度最大也只有13 B,。這樣可以肯定的是,，正常情況下數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字節(jié)的高4位必然為0。因此在數(shù)據(jù)發(fā)送之前,，首先檢查該數(shù)據(jù)中是否有與起始字節(jié)0X22H,、結(jié)束字節(jié) 0X33H和轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)0XDBH相同的數(shù)據(jù)，如果沒有，則正常發(fā)送,；如果有,，則檢測(cè)出與這兩個(gè)字節(jié)相同數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，并將該個(gè)數(shù)填充到數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字節(jié)的高4位中,；同時(shí),，將這些數(shù)據(jù)前添加轉(zhuǎn)義字符標(biāo)識(shí)，并將該數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)義,。如數(shù)據(jù)0X22H,。0X33H，0XDBH…,，則轉(zhuǎn)義成0XDBH,。0XD2H。 0XDBH,，0XD3H,，0XDBH，0XDDH…,。PC機(jī)在接收到數(shù)據(jù)幀后,，首先檢查數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字節(jié)，看其高4位是否為0,，如果為0,，說明該數(shù)據(jù)組不存在轉(zhuǎn)義字符，可以直接處理,；如果為N,。則表明數(shù)據(jù)組中存在N個(gè)轉(zhuǎn)義字符，并且每個(gè)轉(zhuǎn)義字符都以0XDB開始,，需要首先將它們重新修改回原始數(shù)據(jù),。相比而言，這種辦法有很好的穩(wěn)定性和接口利用率,，其數(shù)據(jù)流量也不會(huì)很高,。

　　2．3 CAN接口程序設(shè)計(jì)

　　CAN總線的接口程序主要就是進(jìn)行SJA1000的初始化過程和后面的接收中斷處理過程。CAN初始化主要是設(shè)置CAN的通信參數(shù),。需要初始化的CAN控制寄存器有：模式寄存器(MOD),、驗(yàn)收代碼寄存器(ACR)、驗(yàn)收屏蔽寄存器(AMR),、總線定時(shí)寄存器(RTR),、輸出控制寄存器(OC)、中斷寄存器(IR)和中斷使能寄存器(IER)等,。這些寄存器都只能在SJA1000處于復(fù)位狀態(tài)下才可寫訪問,。當(dāng)SJA1000進(jìn)入工作模式后，就能夠自動(dòng)接收總線上的數(shù)據(jù)，并將其放入接收緩沖區(qū),，同時(shí)產(chǎn)生接受中斷,，單片機(jī)進(jìn)入中斷后將數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中讀出，并釋放緩沖區(qū),。中斷返回后,，再將數(shù)據(jù)封裝成幀發(fā)送給PC 機(jī)。

　　2．4 PC端程序設(shè)計(jì)

　　PC端程序使用VB 6．0進(jìn)行開發(fā),。VB 6．O在圖形界面的制作上比較方便,，使用Mscomm組件能夠輕松地制作串口的監(jiān)視環(huán)境。只要在軟件設(shè)計(jì)時(shí)將上述協(xié)議添加進(jìn)行,。圖5給出了使用VB 6．0開發(fā)的軟件調(diào)試情況,。

　　3 結(jié) 語

　　該CAN總線接口卡經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明可以達(dá)到預(yù)期的要求,，能夠良好地監(jiān)視總線上的數(shù)據(jù)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，有較大的利用價(jià)值,。當(dāng)CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量較大時(shí)，可以考慮使用USB接口和PC機(jī)進(jìn)行通信,，這樣就能夠更好地解決速度匹配和應(yīng)用場(chǎng)合受限的問題,。