基于CAN总线的分布式控制网络智能节点的设计.docx

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1、基于CAN总线的分布式控制网络智能节点的设计基于CAN总线的分布式控制网络智能节点的设计ronggang导语：现场总线是目前自动化技术开展的一个热门。本文介绍基于CAN总线的分布式控制网络系统的设计方法，给出了Intel80C196KC+SJA1000和PIC16F877+MCP2510两种典型的CAN总线智能节点的硬件电路和软件初始化程序摘要：现场总线是目前自动化技术开展的一个热门。本文介绍基于CAN总线的分布式控制网络系统的设计方法，给出了Intel80C196KC+SJA1000和PIC16F877+MCP2510两种典型的CAN总线智能节点的硬件电路和软件初始化程序。关键词：现场控制网

2、络CAN总线SJA1000MCP2510工业现场控制存在大量传感器、电子控制单元、执行机构等，它们通常分布广，且实时性、快速性的要求较高，怎样将它们连接起来组成分布式控制网络系统是当代控制系统的一个重要开展方向。现场总线控制系统FCS就是其中的一种典型的控制网络构造的实现。控制器局域网CANControllerAreaNetwork属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或者实时控制的多主串行总线，以其短报文帧及优异的CSMA/BA逐位仲裁协议而被受现场设备互连的青睐。2分布式控制网络系统align=center图1分布式控制网络系统/align基于CAN总线的分布式控制网络系统如图1所

3、示，采用现场总线式集散系统FDCSFieldDistributedControlSystem构造，由操纵站、智能节点以及CAN现场控制网络组成。操纵站主要完成在线系统监控，多个智能节点各自独立完成数据收集、系统设定、运行显示控制等，通过CAN现场总线，在操纵站和智能节点之间交换各种数据和治理控制信息。3智能节点硬件电路设计本文介绍应用Intel80C196KC+SJA1000及PIC16F877+MCP2510设计两种典型的CAN总线系统智能节点。80C196KC+SJA1000智能节点硬件电路如图2所示。电路主要由四局部构成：微控制器80C196KC、独立CAN通讯控制器SJA1000、CA

4、N总线收发器82C250和高速光电耦合器6N137。微处理器80C196KC负责SJA1000的初始化，通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通讯任务。SJA1000是PHILIP公司的PCA82C200独立CAN控制器的替换产品，具有BasicCAN和PeliCAN两种工作方式。SJA1000的AD0AD7连接到80C196的P3口，即数据总线。80C196地址总线的高三位通过译码器连到SJA1000的/CS引脚，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读写操纵。SJA1000的/RD、/WR、ALE分别与80C196的对应引脚相连，/INT接80C196的外部中断引脚INT，8

5、0C196也可通过中断方式访问SJA1000。该节点中SJA1000通过并行口与80C196相连，因此，数据读写速度快，且软件编程简单，但占用I/O口多，硬件比拟复杂。align=center图280C196+SJA1000智能节点硬件电路/align为了增强CAN总线节点的抗干扰才能，SJA1000的TX0和RX0通过高速光耦6N137与82C250相连，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或者带多5V隔离输出的开关电源模块实现，这些局部固然增加了节点的复杂程序，但却进步了节点的稳定性和平安性。align=center图316F877+MC

6、P2510智能节点硬件电路/align以PIC16F877单片机为核心的智能节点硬件电路如图3所示，假设需增加光耦隔离可采用图2的方法。MCP2510是一种带有串行外围接口SPI的独立CAN控制器，它支持CAN技术标准V2.0A/B;并可以发送的接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息治理的功能。MCP2510通过SPI接口与MCU进展数据传输，最高数据传输速率可达5Mb/s，且占用I/O口少，硬件接口简单。MCU可通过MCP2510与CAN总线上的其它MCU单元通讯。MCP2510有配置、正常、睡眠、监听、反应等五种工作形式，内含三个发送缓冲器、二个接收缓冲器，同时还具有灵敏的中断治

7、理才能，这些特点使得MCU对CAN总线的操纵变得非常简便。4智能节点软件初始化CAN总线节点的软件设计主要包括三大局部：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。初始化程序设计对于CAN总线节点的正常工作相当重要。它主要包括工作方式的设置、时钟输出存放器的设置、接收屏蔽存放器和接收代码存放器的设置、总线定时器的设置、输出控制存放器的设置和中断允许存放器的设置。本文介绍的硬件、软件设计已在相关课题中得到应用。4.1SJA1000初始化子程序80C196KC微控制器通过并行数据总线对SJA1000进展初始化，下面提供了SJA1000初始化的MCS-196汇编源程序。程序中存放器符号表示的是SJA100

8、0相应存放器占用的片外存储器的地址，这些符号可在程序的头部用伪指令EQU进展定义。后文对这一点不再作十分讲明。init_SJA1000：LDBAL，#00000001B;进入复位形式，进展初始化STBAL，CRLDBAL，#00001000B;选择BasicCAN,STBAL，CDR;关闭时钟输出CLKOUTLDBAL，#00011011B;开放溢出、STBAL，CR;错误,接收中断LDBAL，#00000000B;接收代码存放器，ID为0STBAL，RXCODELDBAL，#11111111B;接收屏蔽存放器STBAL，RXMASKLDBAL，#00110001B;总线时序0STBAL，BU

9、S_T0LDBAL，#11011000B;总线时序1，16MHz下,STBAL，BUS_T1;波特率为10kbpsLDBAL，#0AAH;输出控制存放器STBAL，OUTCONLDBAL，#00001100B;去除数据溢出，STBAL，CMR;释放接收缓冲区LDBAL,#00011010B;返回工作形式STBAL，CR4.2MCP2510初始化子程序align=center图4MCP2510读、写时序图/alignPIC16F877单片机通过SPI接口与MCP2510相连。MCP2510的SPI读写时序如图4所示。图a为SPI写时序图，写指令首先被发送到MCP2510的SI引脚，并在SCK的上

10、升沿锁存每个数据位，然后发送地址和数据，执行完毕指令后，数据被写进指定的地址单元中。图b为SPI读时序图，首先将读指令和地址发送到MCP2510的SI引脚，并在SCK的上升沿锁存每个数据位，然后把存储在这个地址单元中的数据在SCK的下降沿输出到SO引脚。当执行读写操纵时，CS引脚应始终保持在低电平。PIC16F877微控制器通过SPI口对MCP2510进展初始化，下面提供了MCP2510初始化的PIC汇编源程序。其中WRITE2510子程序就是根据图4的SPI写时序图将数据写进指定的地址单元中。MCP2510_initCALLRESET;系统复位，配置形式MOVLWCNF1;总线定时MOVWF

11、ADDRMOVLWB00110001MOVWFDATA1CALLWRITE2510;写入数据MOVLWCNF2MOVWFADDRMOVLWB11110001MOVWFDATA1CALLWRITE2510MOVLWCNF3MOVWFADDRMOVLWB00000101MOVWFDATA1CALLWRITE2510MOVLWRXM0SIDH;初始化接收屏蔽存放器0MOVWFADDRMOVLWB11111111MOVWFDATA1CALLWRITE2510MOVLWRXM0SIDLMOVWFADDRMOVLWB00000000MOVWFDATA1CALLWRITE2510MOVLWRXM0EID8M

12、OVWFADDRMOVLWB00000000MOVWFDATA1CALLWRITE2510MOVLWRXM0EID0MOVWFADDRMOVLWB00000000MOVWFDATA1CALLWRITE2510;初始化接收屏蔽存放器1;和接收过滤存放器05MOVLWCANINTE;开放ERR，RX0中断MOVWFADDRMOVLWB00100001MOVWFDATA1CALLWRITE2510MOVLWCANINTF;清中断标志MOVWFADDRMOVLWB00000000MOVWFDATA1CALLWRITE2510MOVLWCANCTRL;正常工作形式MOVWFADDRMOVLWB11100000MOVWFMARKMOVLWB00000000MOVWFDATA1CALLBit_Modify2510RETURN1PHILIPSSJA1000stand-aloneCANcontrollerproductspecification.2000Jan042MICROCHIPMCP2510Stand-AloneCANControllerwithSPITMInterface.3邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计.北京航空航天大学出版社，1996.