CAN控制器SJA1000及其应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍CAN控制器SJA1000的特点、内部结构以及SJA1000的寄存器结构及地址分配;CAN协议通信格式。并以独立CAN控制器SJA1000为例,结合CAN协议说明了一种通用型CAN总线的开发与设计。 关键词:CAN总线 SJA1000 单片机 1 SJA1000简介 SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品,功能更强,具有如下特点: ①完全兼容PCA82C200及其工作模式,即BASICCAN模式; ②具有扩展的接收缓冲器,64字节的FIFO结构; ③支持CAN2.0B; ④支持11位和29位识别码; ⑤位速率可达1Mbit/s; ⑥支持peliCAN模式及其扩展功能; ⑦24MHz的时钟频率; ⑧支持与不同微处理器的接口; ⑨可编程的CAN输出驱动配置; ⑩增强了温度范围(-40℃~+125℃)。 图1 SJA1000内部结构 2 SJA1000内部结构 SJA1000的内部结构如图1所示,主要由接口管理逻辑IML、信息缓冲器(含发送缓冲器TXB和接收缓冲器RXFIFO)、位流处理器BSP、接收过滤器ASP、位时序处理逻辑BTL、错误管理逻辑EML、内部振荡器及复位电路等构成。IML接收来自CPU的命令,控制CAN寄存器的寻址并向控制提供中断信息及状态信息。CPU的控制经IML把要发送的数据写入TXB,TXB中的数据由BSP处理后经BTL输出到CAN BUS。BTL始终监视CAN BUS,当检测到有效的信息头“隐性电平-控制电平”的转换时启动接收过程,接收的信息首先要由位流处理器BSP处理,并由ASP过滤,只有当接收的信息的识别码与ASP检验相符时,接收信息才最终被写入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以缓存64字节的数据,该数据可被CPU读取。EML负责传递层中调制器的错误管制,它接收BSP的出错报告,促使BSP和IML进行错误统计。 3 SJA1000的寄存器结构及地址分配 表1是工作在BASIC CAN模式下的SJA1000的寄存器结构及地址分配表。CAN控制器工作模式的设定、数据的发送和接收等都是通过这些寄存器来实现的。时钟分频寄存器OCR用于设定SJA1000工作于BASIC CAN还是PeliCAN,还用于CLKOUT引脚输出时钟频率的设定,在上电初始化控制器时必须首先设定;在工作模式下,控制寄存器CR用于控制CAN控制器的行为,可读可写;命令寄存器CMR只读写;状态寄存器SR只能读;而IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR在工作模式下读写无意义。通常,在系统初始化时,先使CR.0=1,SJA1000进入复位模式。在此模式下IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1及OCR均可读可写,此时设置相应的初值。当退出复位模式时,SJA1000即按复位时设定的相应情况工作于工作模式,除非再次使芯片复位,否则上次设定的值不变。当需要发送信息时,若发送缓冲器空闲,由CPU控制信息写入TXB,再由CMR控制发送;当接收缓冲器RXFIFO未满且接收信息通过ASP,则接收到的信息被写入RXFIFO。可通过两种方法读取接收到的信息。一种方法是,在中断被使能的情况下,由SJA1000向CPU发中断信号,CPU通过SR及IR可以识别该中断,并读取数据释放接收缓冲器;另一种方法是直接读取SR,查询RXFIFO的状态,当有信息接收时,读取该信号自并释放接收缓冲器。当接收缓冲器中多条信息时,当前的信息被读取后,接收缓冲器有效信号会再次有效,通过中断方式或查询方式可以再次读取信息,查到RXFIFO中的信息被全部读出止。当RXFIFO已满,如还有信息被接收,此接收信息不被保存,且发出相应的缓冲器溢出信号供CPU读取处理。 表1 SJA1000的寄存器结构及地址分配表 寄 存 器 地 址 寄存器名 地 址 寄存器名 地 址 控制寄存器CR 0 测试寄存器 9 接 收 缓 冲 器 RDID0 20 命令寄存器CMR 1 发 TXID0 10 RDID1 21 状态寄存器SR 2 送 TXID1 11 RXDATA1 22 中断寄存器IR 3 缓 TXDATA1 12 %26;#183; %26;#183; 接收代码寄存器ASR 4 冲 %26;#183; %26;#183; %26;#183; %26;#183; 接收屏蔽寄存器AMR 5 器 %26;#183; %26;#183; %26;#183; %26;#183; 位定时寄存器BTR0 6 T %26;#183; %26;#183; RXDATA9 29 位定时寄存器BTR1 7 X TXDATA8 19 时钟分频寄存器OCR 31 输出控制寄存器OCR 8 B     4 CAN协议通信格式 CAN协议通信格式中有四种帧格式:数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。其中数据帧和远程帧的发送需要在CPU控制下进行,而出错帧和超载帧的发送则是在错误发生或超载发生时自动进行的。因此人们更关心前两个帧的结构。数据帧结构如图2所示。 一个完整的数据帧格式,除仲裁场、控制场、数据场外都是CAN控制器发送数据时自动加上去的,而仲裁场、控制场、数据场则必须由CPU控制给出。用SJA1000时,写出发送缓冲器的TXID0、TXID1即设定了相应的仲裁场和控制场。TXID0即为仲裁场的高8位,TXID1的高3位为仲裁场的低3位,仲裁场共11位。TXID1的第5位为RTR位,即远程请求位,在数据帧中为“0”;TXID1低四位标示数据场所含字节数的多少,称为DLC。RTR与DLC共同构成控制场。发送的数据组成数据场,最多不超过8个字节。远程帧与数据帧的形式差别在于没有数据场。除此形式上的差别外,在远程帧中RTR位须置“1”,表示请求数据源节点向它的目的点(即发送远程帧的节点)发送数据。源节点接收到该帧后,把要发送数据用数据帧发给目的节点,完成数据请求。CRC场与ACK场都是在低层次上为提高传输的可靠性而自动进行的。任何帧与帧之间是帧间空间。 5 设计实例 5.1 整体设计思路 这里用SJA1000与AT89C51芯片设计一种具有通用性的工业测试控制,系统的结构图如图3所示。 CAN总线是一种多主总线,理论上任何一个节点都可以作为主节点。在本系统中设置与上位PC机相连的节点1和节点2为上位节点,其它节点为底层节点。在任务比较简单的系统中,也可以只设置一台上位PC机,PC机通过串口与节点上的CPU通信,CPU再与CAN控制器SJA1000通信,实现信息在CAN BUS上的发送与接收。节点1与节点2的结构相同,而底层节点根据应用的不同具有不同的功能。但它们都具有与CAN BUS通信的能力,上传数据和接收数据。 5.2 电路原理图 节点1与节点2的原理图如图4所示。AT89C51通过MAX232与PC机串行通信。设置SJA1000工作于Intel模式,由PC机发送的数据写入SJA1000并通过CAN收发器发送。接收数据是通过中断进行的,CAN BUS的数据经CAN接口芯片82C250接收并写入SJA1000的RXFIFO,然后通过中断提请CPU读取。读取的数据由RS232口上传送给PC机。 在本系统中其它节点不与PC机通信,此时AT89C51除与SJA1000相接的口线外还剩余口线,可以做其它用途。如用于数据的采集,则与A/D转换芯片相接即可;如与控制相关,则与控制口相接即可,这样一来可以灵活地构成各种系统。 5.3 软件设计 该系统的软件设计分为两方面:(1)PC机软件设计,可以用VC++、VB,也可以使用工控软件完成。如只用于监视系统,设计的重点在于PC机与节点之间的通信。(2)节点上CPU的软件设计。不论是节点1、2或是其它底层节点,都要用到CAN通信,因此都要设置CAN控制器。其初始化的流程图如图5所示。 图4 节点1和节点2的电路原理图 具体的例程如下: MOV DPTR,#CR ;控制寄存器CR的地址送DPTR MOV A,#01H MOVX @DPTR,A ;进入复位模式 MOV DPTR,#CDR MOV A,#00H MOVX @DPTR,A ;选择BASIC CAN模式、时钟不输出 MOV A,#NODECODE MOVX @DPTR,A ;节点号NODECODE写入ACR MOVX DPTR,#AMR MOV A,#00H MOV @DPTR,A ;AMR置为0,当且仅当RXID0=ACR时接收数据。 MOV DPTR,#BTR0 ;设定总线时序寄存器BTR0,系统采用12MHz晶振 MOV A,#85H ;分频后总线时钟频率为2MHz MOVX @DPTR,A ;同步跳转宽度为3tscl MOV DPTR,#BTR1 ;设定总线时序寄存器BTR1 MOV A,#0B4H ;位同步时间为1个tscl,采样开始位置TSEG1=5tscl MOVX @DPTR,A ;TSEG2=4tscl,每一位时间10tscl(200kHz),每位采样3次 MOV DPTR,#OCR ;设置输出控制寄存器 MOV A,#1AH ;数据从TX0按正常输出模式同极性输出 MOV @DPTR,A ;TX1不用 MOV DPTR,#CR ;初始化完成,使控制器退出复位模式,进入工作模式工作。 MOV A,#06H MOV @DPTR,A 该初始化程序使SJA1000工作在BASIC CAN模式下,CAN总线位速率为200kHz。根据总线传输的距离不同速度可以调整。为提高其抗干扰性能,还可以在SJA1000与CAN总线收发器之间加光隔。各节点CPU的其它软件设计应视节点的功能而定,不再多述。 该系统用于城市区域交通中心信息采集及处理,已取得很好效果。由于传输距离较远,设定速率为10kHz,但可靠性较强,系统成本低廉。 CAN总线以其优良的性能使其应用方兴未艾,以SJA1000为控制器构成各种CAN总线系统方便、简单、成本低廉,这也是开发与应用其它CAN总线产品的基础。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200703/12184.html
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