1 CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
如圖1所示，本設(shè)計中通過帶有終端器(120歐電阻)的通信介質(zhì)(雙絞線)將上位機和底層模塊連接起來,。實驗中,，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(主節(jié)點)采用USB—CAN接口適配器(型號GYB507),，使PC機直接通過USB接口就可連入CAN總線網(wǎng)絡(luò)，成為一個標準的CAN節(jié)點,。配合總線通信測試軟件CANtool的使用,，可直接配置PC機的發(fā)送與接收狀態(tài),，通信速率和報文濾波功能等。同時,，還可實時監(jiān)測顯示網(wǎng)絡(luò)中各從節(jié)點與PC機的數(shù)據(jù)通信,，應(yīng)用簡單、方便,。
2 智能節(jié)點硬件設(shè)計
傳統(tǒng)的從節(jié)點設(shè)計是將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,，很多單片機廠商都將CAN控制器集成在單片機上。本文中選用C8051F550該單片機,，它是內(nèi)部集成的CAN控制器,，完全按照BoshchCAN全功能的CAN模塊實現(xiàn)，符合CAN2．0B協(xié)議,，工作位速率可達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)，消息對象及其標識符存儲在CAN消息緩沖區(qū)中,，能實現(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。內(nèi)部集成的電氣輸入級隔離電路,，可隔離高達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,，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)點軟件設(shè)計
圖1中三個節(jié)點與上位機的通信方式采用的是節(jié)點1,、3與上位機實現(xiàn)點對點通信工作方式。節(jié)點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,。上位機實時進行數(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)標識給兩個節(jié)點，兩節(jié)點收到該數(shù)據(jù)后,，停止A／D采樣工作,。節(jié)點1、3與節(jié)點2是主從工作方式,。當(dāng)節(jié)點2的開關(guān)量有按鍵按下時,，1、3節(jié)點將實時采集到的數(shù)據(jù)在發(fā)送給節(jié)點2,，并在節(jié)點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：
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,。
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)的總線通信網(wǎng)絡(luò)已實現(xiàn)三個節(jié)點與上位機的連調(diào)，系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方案,，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，可以方便地進行編程重組,。
本文設(shè)計的CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)中的主從智能節(jié)點經(jīng)過試驗調(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,。軟件部分實時性強,，準確率高。從節(jié)點可以實時地將信息傳送給主節(jié)點,，以便主節(jié)點實時監(jiān)控,。整個節(jié)點通信系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可以滿足現(xiàn)場環(huán)境要求,。
在設(shè)計過程中,，認識到目前基于CAN2．0B協(xié)議的CAN控制器無法為實時和非實時性數(shù)據(jù)動態(tài)分配優(yōu)先權(quán)，基于事件觸發(fā)模式的訪問機制無法滿足眾多節(jié)點的實時訪問,。