基于CF的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).doc

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1、基于C8051F040的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)摘要：?給出了基于C8051F040的智能節(jié)點(diǎn)硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：?CAN總線;C8051F040;智能節(jié)點(diǎn)引言“X型火控系統(tǒng)”根據(jù)實(shí)際需要采用了CAN總線方式來實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部單體間的通信。CAN總線是一種用于各種設(shè)備檢測(cè)及控制的現(xiàn)場(chǎng)總線,它是一種多主總線,在高速網(wǎng)絡(luò)和低成本的節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用都很廣泛。CAN總線與一般的通信總線相比,它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)如下：*可以多主方式工作。*CAN節(jié)點(diǎn)只需對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。*

2、CAN總線通信格式采用短幀格式。*采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。*直接通信距離最大可達(dá)10km(速率5kb/s以下),最高通信速率可達(dá)1Mb/s(此時(shí)距離最長(zhǎng)為40m),節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè),通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。*CAN總線采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。C8051F040及其內(nèi)部CAN控制器C8051F040內(nèi)部集成有CAN控制器,主要由CAN內(nèi)核、消息RAM、消息處理單元和控制寄存器組成,圖１為C8051F040集成CAN的結(jié)構(gòu)圖。圖1中,CAN內(nèi)核由CAN控制器和負(fù)責(zé)消息收發(fā)的內(nèi)部寄存器組成,

3、消息RAM用于存儲(chǔ)消息目標(biāo)和每個(gè)目標(biāo)的仲裁掩碼,并且每一個(gè)消息目標(biāo)都有它自己的識(shí)別掩碼,所有的數(shù)據(jù)傳輸和接收濾波都是由CAN控制器完成的。消息處理單元用于根據(jù)寄存器中的信息來控制CAN內(nèi)核中移位寄存器和消息ＲＡＭ之間的數(shù)據(jù)傳遞,同時(shí)它還可用來管理中斷的產(chǎn)生。圖1?C8051F040集成CAN的結(jié)構(gòu)圖CAN內(nèi)部寄存器中存儲(chǔ)了所有CAN的控制和配置信息,其中包括控制寄存器、狀態(tài)寄存器、設(shè)置波特率的位定時(shí)寄存器、測(cè)試寄存器、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和消息接口寄存器。通常CAN內(nèi)核不能直接訪問消息RAM,而必須通過接口寄存器IF1或IF2來訪問。另外,CIP-51的SF

4、R并不能直接訪問CAN內(nèi)部寄存器的所有單元,其配置CAN、消息目標(biāo)、讀取CAN狀態(tài)以及獲取接收數(shù)據(jù)、傳遞發(fā)送數(shù)據(jù)都由SFR中的６個(gè)特殊寄存器來完成。其中CAN0ＣＮ、CAN0TST和CAN0STA３個(gè)寄存器可直接獲取或修改CAN控制器中對(duì)應(yīng)的寄存器,而CAN0DATH、CAN0DATL、CAN0ADR３個(gè)寄存器主要用來訪問修改其它不能直接訪問CAN內(nèi)部寄存器,其中CAN0ADR用來指出要訪問寄存器的地址,CAN0DATH、CAN0DATL這時(shí)就相當(dāng)于要訪問的１６位寄存器的高、低字節(jié)的映射寄存器,而對(duì)它們的讀寫則相當(dāng)于對(duì)所指向寄存器的讀寫。圖２給出了

5、CIP-51如何訪問CAN中控制寄存器和每個(gè)消息的路徑圖。圖２CIP-51訪問CAN中控制寄存器和每個(gè)消息的路徑圖基于C8051F040的CAN智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)由于CAN總線采用多主方式工作,所以CAN總線系統(tǒng)具有與DCS(分布式控制系統(tǒng))不一樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖3所示是某型火控系統(tǒng)的總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)就是所有的節(jié)點(diǎn)都能以平等的地位掛接在總線上。CAN總線智能節(jié)點(diǎn)之間能夠相互進(jìn)行通信,以完成數(shù)據(jù)交換。一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)通常至少包括三個(gè)部分,即負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)任務(wù)控制的單片機(jī)、總線控制器及總線收發(fā)器。由于C8051F040單片機(jī)為內(nèi)部集成有CAN控制器,因

6、此智能節(jié)點(diǎn)主要由C8051F040和CAN收發(fā)器TJA1050組成。圖3某型火控系統(tǒng)的CAN總線結(jié)構(gòu)圖4是一個(gè)以C8051F040為核心的智能節(jié)點(diǎn)硬件框圖。由于C8051F040集成的是CAN控制器,要使CAN總線得以運(yùn)行,還需外加CAN總線收發(fā)器,常用的CAN總線收發(fā)器有Philips公司的PCA82C250收發(fā)器、高速TJA1050收發(fā)器等。本系統(tǒng)采用了TJA1050高速CAN收發(fā)器來替代傳統(tǒng)的PCA82C250收發(fā)器,TJA1050具有電磁輻射低、防短路、不上電時(shí)對(duì)總線無影響等特點(diǎn),它的引腳Ｓ可以選擇高速或靜音兩種模式,并可由C8051F04

7、0的P4.0控制,CAN總線上兩端節(jié)點(diǎn)8一般加上兩個(gè)60W的電阻和47nf的電容對(duì)信號(hào)吸收,以避免信號(hào)反射。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力,在CAN控制器引腳CANTX、CANRX和收發(fā)器TJA1050之間并不是直接相連,而是通過由高速光耦6N137構(gòu)成的隔離電路后再與TJA1050相連,這樣就可以很好的實(shí)現(xiàn)總線上各節(jié)點(diǎn)的電氣隔離。這部分增加了節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性,但它卻提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。圖4?智能節(jié)點(diǎn)硬件框圖CAN智能節(jié)點(diǎn)主要完成的任務(wù)是：將相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)傳送給其它節(jié)點(diǎn),同時(shí)從總線上接收本節(jié)點(diǎn)所需要的數(shù)據(jù)。因此智能節(jié)點(diǎn)的CAN通信主要包括系統(tǒng)初始化

8、程序、發(fā)送程序、接收程序等。在本例中,系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案,使其具有較好的模塊性和可移植性,對(duì)于不同的系統(tǒng)功能或