CAN控制器SJA1000及其應(yīng)用

CAN控制器SJA1000及其應(yīng)用

摘要：介紹CAN控制器SJA1000的特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及SJA1000的寄存器結(jié)構(gòu)及地址分配；CAN協(xié)議通信格式。并以獨立CAN控制器SJA1000為例，結(jié)合CAN協(xié)議說明了一種通用型CAN總線的開發(fā)與設(shè)計。

關(guān)鍵詞：CAN總線SJA1000單片機

1SJA1000簡介

SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品，功能更強，具有如下特點

①完全兼容PCA82C200及其工作模式，即BASICCAN模式；

②具有擴(kuò)展的接收緩沖器，64字節(jié)的FIFO結(jié)構(gòu)；

③支持；

④支持11位和29位識別碼；

⑤位速率可達(dá)1Mbit/s；

⑥支持peliCAN模式及其擴(kuò)展功能；

⑦24MHz的時鐘頻率；

⑧支持與不同微處理器的接口；

⑨可編程的CAN輸出驅(qū)動配置；

⑩增強了溫度范圍。

2SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)

SJA1000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)成。IML接收來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向控制提供中斷信息及狀態(tài)信息。CPU的控制經(jīng)IML把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入TXB，TXB中的數(shù)據(jù)由BSP處理后經(jīng)BTL輸出到CANBUS。BTL始終監(jiān)視CANBUS，當(dāng)檢測到有效的信息頭“隱性電平-控制電平”的轉(zhuǎn)換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理，并由ASP過濾，只有當(dāng)接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以緩存64字節(jié)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被CPU讀取。EML負(fù)責(zé)傳遞層中調(diào)制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使BSP和IML進(jìn)行錯誤統(tǒng)計。

3SJA1000的寄存器結(jié)構(gòu)及地址分配

表1是工作在BASICCAN模式下的SJA1000的寄存器結(jié)構(gòu)及地址分配表。CAN控制器工作模式的設(shè)定、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等都是通過這些寄存器來實現(xiàn)的。時鐘分頻寄存器OCR用于設(shè)定SJA1000工作于BASICCAN還是PeliCAN，還用于CLKOUT引腳輸出時鐘頻率的設(shè)定，在上電初始化控制器時必須首先設(shè)定；在工作模式下，控制寄存器CR用于控制CAN控制器的行為，可讀可寫；命令寄存器CMR只讀寫；狀態(tài)寄存器SR只能讀；而IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR在工作模式下讀寫無意義。通常，在系統(tǒng)初始化時，先使=1，SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式。在此模式下IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1及OCR均可讀可寫，此時設(shè)置相應(yīng)的初值。當(dāng)退出復(fù)位模式時，SJA1000即按復(fù)位時設(shè)定的相應(yīng)情況工作于工作模式，除非再次使芯片復(fù)位，否則上次設(shè)定的值不變。當(dāng)需要發(fā)送信息時，若發(fā)送緩沖器空閑，由CPU控制信息寫入TXB，再由CMR控制發(fā)送；當(dāng)接收緩沖器RXFIFO未滿且接收信息通過ASP，則接收到的信息被寫入RXFIFO?？赏ㄟ^兩種方法讀取接收到的信息。一種方法是，在中斷被使能的情況下，由SJA1000向CPU發(fā)中斷信號，CPU通過SR及IR可以識別該中斷，并讀取數(shù)據(jù)釋放接收緩沖器；另一種方法是直接讀取SR，查詢RXFIFO的狀態(tài)，當(dāng)有信息接收時，讀取該信號自并釋放接收緩沖器。當(dāng)接收緩沖器中多條信息時，當(dāng)前的信息被讀取后，接收緩沖器有效信號會再次有效，通過中斷方式或查詢方式可以再次讀取信息，查到RXFIFO中的信息被全部讀出止。當(dāng)RXFIFO已滿，如還有信息被接收，此接收信息不被保存，且發(fā)出相應(yīng)的緩沖器溢出信號供CPU讀取處理。

表1SJA1000的寄存器結(jié)構(gòu)及地址分配表寄存器地址寄存器名地址寄存器名地址控制寄存器CR0測試寄存器9接

收

緩

沖

器RDID020命令寄存器CMR1發(fā)TXID010RDID121狀態(tài)寄存器SR2送TXID111RXDATA122中斷寄存器IR3緩TXDATA112··接收代碼寄存器ASR4沖····接收屏蔽寄存器AMR5器····位定時寄存器BTR06T··RXDATA929位定時寄存器BTR17XTXDATA819時鐘分頻寄存器OCR31輸出控制寄存器OCR8B

4CAN協(xié)議通信格式

CAN協(xié)議通信格式中有四種幀格式：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀和超載幀。其中數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的發(fā)送需要在CPU控制下進(jìn)行，而出錯幀和超載幀的發(fā)送則是在錯誤發(fā)生或超載發(fā)生時自動進(jìn)行的。因此人們更關(guān)心前兩個幀的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

一個完整的數(shù)據(jù)幀格式，除仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場外都是CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)時自動加上去的，而仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場則必須由CPU控制給出。用SJA1000時，寫出發(fā)送緩沖器的TXID0、TXID1即設(shè)定了相應(yīng)的仲裁場和控制場。TXID0即為仲裁場的高8位，TXID1的高3位為仲裁場的低3位，仲裁場共11位。TXID1的第5位為RTR位，即遠(yuǎn)程請求位，在數(shù)據(jù)幀中為“0”；TXID1低四位標(biāo)示數(shù)據(jù)場所含字節(jié)數(shù)的多少，稱為DLC。RTR與DLC共同構(gòu)成控制場。發(fā)送的數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)場，最多不超過

8個字節(jié)。遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀的形式差別在于沒有數(shù)據(jù)場。除此形式上的差別外，在遠(yuǎn)程幀中RTR位須置“1”，表示請求數(shù)據(jù)源節(jié)點向它的目的點發(fā)送數(shù)據(jù)。源節(jié)點接收到該幀后，把要發(fā)送數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)幀發(fā)給目的節(jié)點，完成數(shù)據(jù)請求。CRC場與ACK場都是在低層次上為提高傳輸?shù)目煽啃远詣舆M(jìn)行的。任何幀與幀之間是幀間空間。

5設(shè)計實例

整體設(shè)計思路

這里用SJA1000與AT89C51芯片設(shè)計一種具有通用性的工業(yè)測試控制，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

CAN總線是一種多主總線，理論上任何一個節(jié)點都可以作為主節(jié)點。在本系統(tǒng)中設(shè)置與上位PC機相連的節(jié)點1和節(jié)點2為上位節(jié)點，其它節(jié)點為底層節(jié)點。在任務(wù)比較簡單的系統(tǒng)中，也可以只設(shè)置一臺上位PC機，PC機通過串口與節(jié)點上的CPU通信，CPU再與CAN控制器SJA1000通信，實現(xiàn)信息在CANBUS上的發(fā)送與接收。節(jié)點1與節(jié)點2的結(jié)構(gòu)相同，而底層節(jié)點根據(jù)應(yīng)用的不同具有不同的功能。但它們都具有與CANBUS通信的能力，上傳數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。

電路原理圖

節(jié)點1與節(jié)點2的原理圖如圖4所示。AT89C51通過MAX232與PC機串行通信。設(shè)置SJA1000工作于Intel模式，由PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SJA1000并通過CAN收發(fā)器發(fā)送。接收數(shù)據(jù)是通過中斷進(jìn)行的，CANBUS的數(shù)據(jù)經(jīng)CAN接口芯片82C250接收并寫入SJA1000的RXFIFO，然后通過中斷提請CPU讀取。讀取的數(shù)據(jù)由RS232口上傳送給PC機。

在本系統(tǒng)中其它節(jié)點不與PC機通信，此時AT89C51除與SJA1000相接的口線外還剩余口線，可以做其它用途。如用于數(shù)據(jù)的采集，則與A/D轉(zhuǎn)換芯片相接即可；如與控制相關(guān)，則與控制口相接即可，這樣一來可以靈活地構(gòu)成各種系統(tǒng)。

軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩方面：PC機軟件設(shè)計，可以用VC++、VB，也可以使用工控軟件完成。如只用于監(jiān)視系統(tǒng)，設(shè)計的重點在于PC機與節(jié)點之間的通信。節(jié)點上CPU的軟件設(shè)計。不論是節(jié)點1、2或是其它底層節(jié)點，都要用到CAN通信，因此都要設(shè)置CAN控制器。其初始化的流程圖如圖5所示。

具體的例程

MOVDPTR，#CR；控制寄存器CR的地址送DPTR

MOVA，#01H

MOVX@DPTR，A；進(jìn)入復(fù)位模式

MOVDPTR，#CDR

MOVA，#00H

MOVX@DPTR，A；選擇BASICCAN模式、時鐘不輸出

MOVA，#NODECODE

MOVX@DPTR，A；節(jié)點號NODECODE寫入ACR

MOVXDPTR，#AMR

MOVA，#00H

MOV@DPTR，A；AMR置為0，當(dāng)且僅當(dāng)RXID0=ACR時接收數(shù)據(jù)。

MOVDPTR，#BTR0；設(shè)定總線時序寄存器BTR0，系統(tǒng)采用12MHz晶振

MOVA，#85H；分頻后總線時鐘頻率為2MHz

MOVX@DPTR，A；同步跳轉(zhuǎn)寬度為3tscl

MOVDPTR，#BTR1；設(shè)定總線時序寄存器BTR1

MOVA，#0B4H；位同步時間為1個tscl，采樣開始位置TSEG1=5tscl

MOVX@DPTR，A;TSEG2=4tscl，每一位時間10tscl，每位采樣3次

MOVDPTR，#OCR；設(shè)置輸出控制寄存器

MOVA，#1AH；數(shù)據(jù)從TX0按正常輸出模式同極性輸出

MOV@DPTR，A；TX1不用

MOVDPTR，#CR；初始化完成，使控制器退出復(fù)位模式，進(jìn)入工作模式工作。

MOVA，#06H

MOV@DPTR，A

該初始化程序使SJA1000工作在BASICCAN模式下，CAN總線位速率為200kHz。根據(jù)總線傳輸?shù)木嚯x不同速度可以調(diào)整。為提高其抗干擾性能，還可