基于DSP與PIC單片機(jī)的CAN總線系統(tǒng)研究

段云強(qiáng)（鄭飛公司，450005）

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基于DSP與PIC單片機(jī)的CAN總線系統(tǒng)研究

段云強(qiáng)
（鄭飛公司，450005）

摘要：在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，對(duì)于工業(yè)控制的要求也在不斷提高。其中，CAN總線系統(tǒng)作為一種重要的工業(yè)控制系統(tǒng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)CAN總線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成工藝控制系統(tǒng)，能夠取得十分良好的控制效果。其中，基于DSP和PIC單片機(jī)的CAN總線系統(tǒng)是一種十分常見(jiàn)的系統(tǒng)類(lèi)型?；诖?，本文對(duì)其硬件資源、CAN通信功能、以及CAN節(jié)點(diǎn)收發(fā)器等進(jìn)行了研究，以期能夠提升系統(tǒng)的效率與性能。

關(guān)鍵詞：DSP；PIC；單片機(jī)；CAN總線系統(tǒng)

0 前言

在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種十分重要的系統(tǒng)。隨著相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，其正朝著嵌入化、網(wǎng)絡(luò)化的方向轉(zhuǎn)變。而在這一過(guò)程中，CAN總線技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，其優(yōu)勢(shì)十分豐富，能夠?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn)行靈活增減，能夠適應(yīng)惡劣的電磁環(huán)境，抗干擾能力極強(qiáng)、工作方式豐富，因而已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。例如，由TMS320LF2407型DSP單片機(jī)、PIC18FXX8單片機(jī)構(gòu)成CAN總線系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出了十分良好的作用。

1 硬件資源

在PIC18FXX8系列的單片機(jī)當(dāng)中，配備了CAN控制器，因而具有小而全的特點(diǎn)，能夠在很多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)行，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單便捷、內(nèi)部資源豐富。對(duì)于具有簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)抗干擾能力、單一構(gòu)成功能的CAN節(jié)點(diǎn)較為適用。而在TMS320LF2000系列DSP芯片當(dāng)中，主要進(jìn)行工業(yè)控制。芯片具有豐富的資源和強(qiáng)大的功能，在工業(yè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，能夠快速、復(fù)雜的進(jìn)行計(jì)算。不過(guò)，其開(kāi)發(fā)成本、開(kāi)發(fā)難度等都比較大。在分散式控制系統(tǒng)中，通過(guò)CAN總線進(jìn)行連接，具有不同的節(jié)點(diǎn)功能。所以，按照節(jié)點(diǎn)的實(shí)際要求，可利用2407型DSP單片機(jī)、PIC18F系列單片機(jī)，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)成，使其優(yōu)勢(shì)得到充分的發(fā)揮，并且對(duì)資源進(jìn)行有效節(jié)約。

2 CAN通信功能

2.1IC18F458的CAN通信功能

在PIC418F系列的芯片當(dāng)中，都包含了CAN控制器模塊，其中包括控制器、報(bào)文緩沖器、協(xié)議引擎等部分。在PIC18FXX80系列芯片當(dāng)中，包含了增強(qiáng)型的ECAN控制器模塊，因此，這些芯片除了具有CAN功能以外，還具有了較強(qiáng)多驅(qū)動(dòng)能力、EEPROM等功能的并行I/O接口，以及PWM、CAP、CCP等工業(yè)控制內(nèi)部資源。在工藝現(xiàn)場(chǎng)中，能夠在CAN節(jié)點(diǎn)中發(fā)揮出重要的作用。分別利用TXB0、RXB0進(jìn)行接受和發(fā)送，利用11位標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)幀來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)數(shù)設(shè)置。在初始化中，設(shè)置CAN控制器CANCOM，進(jìn)入配置狀態(tài)控制器，經(jīng)過(guò)硬件等到之后，檢測(cè)CANSTAT.7位，并在配置狀態(tài)中進(jìn)行配置。波特率設(shè)置為BRGCON1=41H，具有時(shí)間當(dāng)量2倍的同步跳轉(zhuǎn)寬度，其中時(shí)間當(dāng)量TQ=2Fosc×2。BRGCON2=0A9H，進(jìn)行一次采樣和自由編程，具有2TQ的傳播段和6TQ的相段1。然后對(duì)發(fā)送標(biāo)識(shí)符進(jìn)行設(shè)置。節(jié)點(diǎn)在發(fā)送不同數(shù)據(jù)內(nèi)容的時(shí)候，會(huì)對(duì)不同的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行發(fā)送。在設(shè)置接受部分的時(shí)候，對(duì)接收數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度、接受標(biāo)識(shí)福過(guò)濾器等進(jìn)行設(shè)置，然后對(duì)11位標(biāo)識(shí)符屏蔽寄存器進(jìn)行設(shè)置。在完成設(shè)置之后，CAN控制寄存器CANCON使控制器轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的硬件等待，完成模式的轉(zhuǎn)換。

2.2TMS320LF2407的CAN通信功能

在2407型CAN控制器當(dāng)中，郵箱的數(shù)量為6個(gè)。其中，2、3號(hào)郵箱能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送和接受的功能，4、5號(hào)郵箱只能實(shí)現(xiàn)發(fā)送功能，0、1號(hào)郵箱只能實(shí)現(xiàn)接受功能，這些功能是通過(guò)相應(yīng)軟件進(jìn)行設(shè)置的。一般來(lái)說(shuō)，會(huì)采用中斷方式的接受服務(wù)程序、以及查詢(xún)方式的發(fā)送服務(wù)程序，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行更好的適應(yīng)。在CAN初始化程序當(dāng)中，需要對(duì)CAN標(biāo)志進(jìn)行清零，對(duì)2、3號(hào)郵箱的屏蔽標(biāo)志、接受標(biāo)識(shí)、發(fā)送標(biāo)識(shí)等進(jìn)行設(shè)置。在完成配置之后，等待能位達(dá)到允許配置的CCE=1的狀態(tài)。在允許配置狀態(tài)實(shí)現(xiàn)之后，通過(guò)設(shè)置CANBCR1、CANBCR2，對(duì)波特率進(jìn)行確定。在設(shè)置完成波特率之后，需要對(duì)配置過(guò)程進(jìn)行等待，在滿(mǎn)足CCE=0的狀態(tài)時(shí)，即證明成功的完成了配置過(guò)程。在成功完成配置之后，需要設(shè)置郵箱。對(duì)郵箱的接受、發(fā)送方向進(jìn)行確定，利用操作主控寄存器MCR，對(duì)CAN工作模式進(jìn)行設(shè)置。進(jìn)入改變數(shù)據(jù)區(qū)請(qǐng)求，設(shè)置字節(jié)長(zhǎng)度、幀結(jié)構(gòu)等。完成設(shè)置之后，恢復(fù)到CDR=0的正常工作狀態(tài)。

3 CAN節(jié)點(diǎn)收發(fā)器

在CAN通信協(xié)議當(dāng)中，對(duì)于通信傳輸介質(zhì)，并沒(méi)有進(jìn)行明確的規(guī)定。因此，在設(shè)計(jì)硬件電路的過(guò)程中，可選擇的余地也就更多。不過(guò)，通常來(lái)說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，通常采用雙絞線進(jìn)行傳輸。由于能夠達(dá)到10km的最大傳輸距離，因而在工藝控制系統(tǒng)中，通常能夠?qū)?shí)際要求進(jìn)行滿(mǎn)足。在雙絞線傳輸當(dāng)中，具有很多不同的收發(fā)器芯片可供選擇。通常情況下，采用具有8條引腳的82C250型號(hào)的芯片，其中，2個(gè)引腳分別連接CAN控制器的接收端CANRX、發(fā)送端CANTX，2個(gè)引腳與CAN總線的CANL、CANH進(jìn)行連接。在這種連接方式之下，如果沒(méi)有其它的特殊要求，則在節(jié)點(diǎn)之間，則能夠?qū)崿F(xiàn)傳遞數(shù)據(jù)的要求。直接連接收發(fā)器、處理器的CANRX與CANTX，總線連接收發(fā)器CANL與CANH，能夠?qū)Σ顒?dòng)式傳輸進(jìn)行形成。通常情況下，會(huì)將一個(gè)120Ω的電阻并聯(lián)在CAN總線端口上。雖然CAN總線的抗干擾能力很強(qiáng)，不過(guò)為了更好的確保系統(tǒng)可靠性，在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，仍然需要對(duì)抗干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢苑?段的120Ω電阻，并且中心接地，能夠?qū)﹄娐菲胶庑赃M(jìn)行確保，并且利用2個(gè)100pF的電容，實(shí)現(xiàn)抗干擾、阻抗平衡的效果。在某些特定情況下，應(yīng)當(dāng)隔離CAN總線、處理器的部分，通常是將光電耦合器加入到電路當(dāng)中，以實(shí)現(xiàn)這一目的。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，除了VDD處理器電源以外，應(yīng)當(dāng)將一個(gè)直流電源接在光電耦合的另一端。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)分開(kāi)附加電源公共點(diǎn)，以及處理器公共點(diǎn)VSS，從而徹底的實(shí)現(xiàn)隔離效果。

4 結(jié)論

CAN總線系統(tǒng)作為工業(yè)控制領(lǐng)域當(dāng)中一種十分重要的系統(tǒng)，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用。為了進(jìn)一步提升CAN總線系統(tǒng)的性能，對(duì)DSP與PIC單片機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用，在不同任務(wù)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)中，能夠?qū)μ幚砥餍酒M(jìn)行自動(dòng)選擇，使兩種芯片資源功能得到有效的發(fā)揮。同時(shí)，通過(guò)綜合兩種單片機(jī)，極大的提升了CAN總線系統(tǒng)的性能和作用，對(duì)于該領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮著積極的作用。

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Research on CAN bus system based on DSP and PIC MCU

Duan Yunqiang
（Zheng Fei company，450005）

Abstract：In the industrial field， with the continuous development of technology and progress，the requirements for industrial control is also constantly improving.CAN bus system as an important industrial control system，in the practical application of industrial field，through the CAN bus node constitute the process control system，can achieve very good control effect.Among them， the CAN bus system based on DSP and PIC MCU is a very common type of system.Based on this，this paper studies the hardware resources，the CAN communication function，and the CAN node transceiver，in order to improve the efficiency and performance of the system.

Keywords：DSP；PIC；single chip microcomputer；CAN bus system