基于P89C668單片機(jī)和SJA1000控制器實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)接口電路的設(shè)計(jì)

CAN（Controller Area Network）總線，又稱控制器局域網(wǎng)，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。與其它幾種現(xiàn)場(chǎng)總線相比，CAN 總線是最容易實(shí)現(xiàn)、價(jià)格也最為低廉。由于其性能好，可靠性高、設(shè)計(jì)靈活，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、智能大廈、小區(qū)防范、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。

CAN總線規(guī)范已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI）基礎(chǔ)上的.CAN總線主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適合系統(tǒng)實(shí)際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議，由于CAN總線的可靠性高，使應(yīng)用層通信協(xié)議得以大大簡(jiǎn)化。目前市場(chǎng)上有多種不同型號(hào)的CAN控制器，它們實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同，只是與單片機(jī)接口部分的結(jié)構(gòu)和方式有一些差異。

為了提高硬件電路的效率，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性，保證電路的電氣兼容性，本文采用PHILIPS公司生產(chǎn)的P89C668單片機(jī)和CAN控制器SJA1000設(shè)計(jì)了CAN接口節(jié)點(diǎn)電路，并介紹了相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)。

1 CAN總線節(jié)點(diǎn)接口硬件電路設(shè)計(jì)

CAN節(jié)點(diǎn)接口硬件電路原理如圖1所示。采用PHILIPS公司生產(chǎn)的P89C668單片機(jī)、CAN控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA82C250設(shè)計(jì)接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN總線通信。

圖1 CAN總線接點(diǎn)接口硬件電路原理

P89C668單片機(jī)內(nèi)帶64kB Flash存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器既可并行編程，在系統(tǒng)編程ISP中也可串行編程，在實(shí)際的成型產(chǎn)品中可通過(guò)ISP升級(jí)用戶程序。 在Boot ROM程序中，可通過(guò)一個(gè)默認(rèn)的串行下載器（UART）對(duì)Flash存儲(chǔ)器作ISP編程，而在Flash代碼區(qū)中并不需要調(diào)用下載器的代碼，用戶程序可通過(guò)調(diào)用在Boot ROM中的標(biāo)準(zhǔn)子程序?qū)lash存儲(chǔ)器擦除和再編程（即IAP）。

P89C688在6個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，一個(gè)OTP位讓用戶可選擇傳統(tǒng)的12個(gè)時(shí)鐘周期.P89C688用先進(jìn)CMOS工藝制造，是80C51單片機(jī)家族的衍生品，其指令集和80C51相同。該單片機(jī)有四個(gè)8位I/O口，三個(gè)16位定時(shí)器/事件計(jì)數(shù)器，多中斷源，四個(gè)優(yōu)先級(jí)，可嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)增強(qiáng)型UART和片內(nèi)振蕩器以及時(shí)序電路.P89C668新增特性使其成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，可為某些應(yīng)用提供PWM、高速的I/O和加/減計(jì)數(shù)。

SJA1000 是PHILIPS 公司生產(chǎn)的獨(dú)立CAN 通信控制器，它既支持CAN2.0A，又支持CAN2.0B，與PCA82C200 CAN 控制器兼容（BasicCAN），并可替代PCA82C200；增加了一種新的工作模式PeliCAN，使其支持具有很多新特性的CAN2.0B 協(xié)議；集成了CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理；具有多主結(jié)構(gòu)、總線訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)、硬件濾波等特點(diǎn)。

PC82C250為CAN總線收發(fā)器，是CAN 控制器和物理總線的接口，提供對(duì)總線的驅(qū)動(dòng)發(fā)送能力、對(duì)CAN控制器的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。它具有很強(qiáng)的抗瞬間干擾和保護(hù)總線的能力，以及三種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機(jī)，如表1所示?？偩€上的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)掉電不會(huì)影響總線，在40米內(nèi)應(yīng)用的速度可達(dá)1M baud，最多可掛110個(gè)節(jié)點(diǎn)。

從圖1 可看出，該硬件電路主要由單片機(jī)P89C668、CAN 獨(dú)立控制器SJA1000 和CAN 收發(fā)器PCA82C250 組成。

單片機(jī)P89C668 負(fù)責(zé)對(duì)SJA1000 進(jìn)行初始化，通過(guò)控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收等通信任務(wù)。

SJA1000 的AD0“AD7連接到P89C668 的P0口；

CS連接到P89C668的P1.1，P1.1 為0 時(shí)選中SJA1000，可控制SJA1000；

SJA1000 的RD/E、WR、ALE/AS 分別連接到P89C668 的RD（P3.7）、WR（P3.6）、P1.0；

SJA1000的（INT）連接到P89C668 的P3.2（INT0），這樣，P89C668 可以通過(guò)中斷方式訪問(wèn)SJA1000；

SJA1000的模式選擇引腳MODE 接高電平時(shí)選擇Intel 模式；

為了保證時(shí)鐘同步，SJA1000 的CLKOUT 引腳使能，向P89C668 提供時(shí)鐘源。

2 CAN 總線節(jié)點(diǎn)接口軟件設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)CAN 總線通信，要對(duì)CAN 總線節(jié)點(diǎn)接口設(shè)計(jì)相應(yīng)的總線通信程序；在總線通信之前，必須進(jìn)行SJA1000 控制器初始化。在上電或復(fù)位后，單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行其自身復(fù)位程序初始化SJA1000.CAN總線通信程序大致由SJA1000 初始化、發(fā)送和接收三部分組成。以下分別對(duì)他們進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述。

2.1 SJA1000 初始化

在上電后，CAN 控制器的RST 腳獲得一個(gè)復(fù)位脈沖，使之進(jìn)入復(fù)位模式。在開始對(duì)SJA1000 各個(gè)配置寄存器進(jìn)行設(shè)定之前，主控制器通過(guò)讀復(fù)位/請(qǐng)求標(biāo)識(shí)來(lái)檢測(cè)SJA1000是否進(jìn)入復(fù)位模式。為了避免微控制器的上電復(fù)位時(shí)間和SJA1000 的復(fù)位時(shí)間的偏差，微控制器要等待SJA1000 完成上電復(fù)位后才能對(duì)SJA1000 配置寄存器進(jìn)行配置，存有配置信息的寄存器只能在復(fù)位模式下才可進(jìn)行寫入.SJA1000 初始化程序在復(fù)位模式下，主控制器要配置下面的寄存器：

（1）模式寄存器（僅在PeliCAN 模式下選擇應(yīng)用操作模式）

接收過(guò)濾模式

自檢測(cè)模式

偵聽(tīng)模式

（2）時(shí)鐘分頻寄存器

使用BasicCAN 或PeliCAN 模式

CLKOUT 引腳是否可以使用

CAN 輸入比較器是否被跳過(guò)

TX1 輸出是否專門用于接收中斷輸出

（3）總線定時(shí)寄存器

定義總線的位速率

定義位周期內(nèi)的采樣點(diǎn)位采樣點(diǎn)

定義一個(gè)位周期的采樣數(shù)量

（4）接收代碼和接收掩碼寄存器

定義要接收消息的接收代碼

定義與接收代碼相關(guān)位進(jìn)行比較的接收掩碼

（5）輸出控制寄存器

定義CAN 總線輸出引腳TX0 和TX1 的配置

在將這些配置信息配置到SJA1000配置寄存器后，通過(guò)消除復(fù)位模式，請(qǐng)求使SJA1000進(jìn)入操作模式。一定要確保復(fù)位標(biāo)志真的被刪除，并且在沒(méi)有進(jìn)行CAN 總線通信前進(jìn)入操作模式，這可以通過(guò)讀該標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)硬件復(fù)位處于掛起狀態(tài)，即CAN 控制器的RST 引腳為低電平時(shí)，復(fù)位模式/請(qǐng)求標(biāo)志不能被清除。

下面是SJA1000 的初始化程序。

CAN_INI： MOV DPTR， #MOD; 模式寄存器

MOV A， #01H

MOVX @DPTR， A

NOP

MOVX A， @DPTR

ANL A， #01H

JZ CAN_INI; 等待SJA1000 進(jìn)入復(fù)位模式

MOV DPTR， #BTR0; 總線定時(shí)0

MOV A， #BandRate0

MOV DPTR， #BTR1; 總線定時(shí)1

MOV A， # BandRate1

MOV DPTR， #OCR; 輸出控制寄存器

MOV A， #1AH

MOVX @DPTR， A

MOV DPTR， #CDR; 時(shí)鐘分頻器

MOV A， #0C0H

MOV DPTR， #ACR0; 接收代碼寄存器ACR0

MOV A， #ModuleAddress; 設(shè)置為模塊的地址

MOVX @DPTR， A

INC DPTR

MOV A， #0FFH

MOV @DPTR， A

INC DPTR

MOV A， #0FFH

MOVX @DPTR， A

INC DPTR

MOV A， #0FFH

MOVX @DPTR， A

MOV DPTR， #AMF0; 接收掩碼寄存器AMF0

MOV A， #0FFH; 接收代碼設(shè)置為

0X0FFFFFFFF

MOVX @DPTR， A

INC DPTR

MOV A， #0FFH

MOVX @DPTR， A

INC DPTR

MOV A， #0FFH

MOVX @DPTR， A

INC DPTR

MOV A， #0FFH

MOVX @DPTR， A

MOV DPTR， #IER ; 中斷使能寄存器IER

MOV A， #09H; 允許接收中斷和數(shù)據(jù)溢出中斷

MOV DPTR， #CMR; 命令寄存器

MOV A， #04H; 釋放接收緩沖器

MOVX @DPTR， A

LOOP： MOV DPTR， #MOD

MOV A， #08H; 設(shè)置SJA1000 工作模式為普通模式，單濾波接收

MOVX @DPTR， A

MOV DPTR， #MOD

MOV A， @DPTR

ANL A， #01H

JNZ LOOP; 等待復(fù)位標(biāo)識(shí)被清除

RET

2.2 CAN 總線發(fā)送程序

對(duì)SJA1000控制器進(jìn)行初始化建立CAN總線通信后，就可以通過(guò)CAN總線發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文。發(fā)送程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的報(bào)文發(fā)送。發(fā)送報(bào)文時(shí)，用戶只需將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按一定的格式組合成一幀的報(bào)文，并送入SJA1000發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動(dòng)SJA1000發(fā)送即可。發(fā)送程序分發(fā)送數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀兩種。通過(guò)設(shè)置RTR以決定是發(fā)送數(shù)據(jù)幀還是遠(yuǎn)程幀。

SJA1000的報(bào)文主要有中斷控制和查詢兩種發(fā)送方式。主動(dòng)發(fā)送報(bào)文建議采用查詢方式，一次發(fā)送不成功，可再次發(fā)送，這樣發(fā)送程序的處理比較簡(jiǎn)單，可采用查詢SJA1000控制部分狀態(tài)標(biāo)識(shí)符的方法。下面給出以查詢方式發(fā)送報(bào)文的發(fā)送程序。

CAN_SEND： MOV DPTR， #SR; 狀態(tài)寄存器SR

MOVX A， @DPTR;

ANL A， #04H

JZ CAN_SEND; 等待發(fā)送寄存器釋放

MOV R7， #0AH

MOV R0， #TXB_Data; 待發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址

MOV DPTR， #TXB_Addr; 發(fā)送寄存器的基地址

LOOP1： MOV A， @R0; 將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器

MOVX @DPTR， A

INC DPTR

INC R0

DJNZ R7， LOOP1

MOV DPTR， #CMR; 命令寄存器

MO A， #01H; 發(fā)送請(qǐng)求命令

MOVX @DPTR， A

RET

2.3 CAN總線接收程序

SJA1000 根據(jù)規(guī)則自動(dòng)接收消息，接收到的消息放入接收緩沖器，同時(shí)接收緩沖器狀態(tài)標(biāo)志位RBS 置為1，接收程序根據(jù)RBS 值來(lái)決定接收?qǐng)?bào)文與否.SJA1000 報(bào)文的接收也有兩種方式：中斷和查詢。對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求不高時(shí)，可采用查詢方式，否則采用中斷方式。以下給出中斷接收方式程序。

CAN_INT： CLR EA; 關(guān)所有中斷

MOV DPTR， #IER; 中斷寄存器IER 使能

MOVX A， @DPTR

MOV R6， A; 保存SJA1000 中斷允

MOV A， #00H ; 重設(shè)SJA1000 中斷允許模式為不允許任何中斷

MOVX @DPTR， A

LCALL RECEIVE; 接收信息

JZ ReceivOk; 接收到的信息正確則跳轉(zhuǎn)，否則進(jìn)行錯(cuò)誤處理。. 。.; 錯(cuò)誤處理

ReceivOk： MOV DPTR， #IER

MOV A， R6; 恢復(fù)SJA1000 中斷允許模式

MOVX @DPTR， A

SETB EA; 開放中斷

RETI

RECEIVE： CLR A

MOV DPTR， #SR; 狀態(tài)寄存器SR

JZ ERROR; 不是正常的消息接收中斷則跳轉(zhuǎn)

LOOP2： MOV DPTR， #RXB_Addr; 接收寄存器的基地址

MOV R1， #RXB_Data; 存放所接收數(shù)據(jù)的首地址

MOV R7， #0AH

LOOP3： MOVX A， @DPTR; 接收數(shù)據(jù)

MOV @R1， A; 保存數(shù)據(jù)

INC DPTR

INC R1

DJNZ R7， LOOP3

MOV DPTR， #CMR; 命令寄存器

MOV A， #0X04; 釋放接收緩沖器

MOVX @DPTR， A

MOV DPTR， #SR

MOVX A， @DPTR

CJNE A， #01H， LOOP2; 等待接收隊(duì)列為空

MOVD PTR， #IR; 中斷寄存器IR

MOVX A， @DPTR; 清空SJA1000 的接收中斷標(biāo)識(shí)位

CLR A; 返回值A(chǔ)CC=0，表示接收消息正確

LJMP END_RECEIVE

ERROR： 。. 。.; 接收消息錯(cuò)誤處理

MOVA， #01H; 返回值A(chǔ)CC=1，表示接收消息不正確

NED_RECEIVE： RET

3 結(jié)語(yǔ)

以上介紹了P89C668單片機(jī)及其與CAN控制器SJA1000之間的接口方法，并給出了SJA1000在PeliCAN模式下的SJA1000初始化程序、發(fā)送程序和接收程序?？稍诖嘶A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的CAN總線通信處理，如報(bào)警處理、錯(cuò)誤處理等。

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