基于CAN總線與RS485的DSP通信接口設計

基于CAN總線與RS485的DSP通信接口設計

　1.概述

　　現(xiàn)場總線是一種開放式、數(shù)字化、多點通信的控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡，是當今自動化領域中最具有應用前景的技術之一 ,CAN總線是現(xiàn)場總線中的應用熱點。由于CAN總線具有通信速率高、開放性好、報文短、糾錯能力強以及控制簡單、擴展能力強、系統(tǒng)成本低等特點，越來越受到人們的關注。

　　TI公司的TMS320LF2407型DSP微控制器以其處理能力強，外設功能模塊集成度高及存儲器容量大等特點廣泛應用于數(shù)字化控制與通信領域。CAN總線控制器與TMS320LF2407微控制器連接，可以實現(xiàn)CAN總線的通信。TMS320LF2407微控制器內(nèi)嵌的異步串行口（SCI）支持CPU與其它使用標準格式的異步外設之間的數(shù)字通訊，通過RS-485接口可以方便地進行DSP之間或DSP與PC機之間的異步串行通信。

　　RS-485是一種多發(fā)送器的接口標準，它擴展了RS-422A的性能，允許雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動32個負載設備，負載設備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器，RS-485最大傳輸距離為1200m，最大傳送速率可達10Mb/s。因此，RS-485在遠程通信和多機總線系統(tǒng)中具有很大的吸引力，在實際設計中得到了廣泛應用。

　　本設計以PC機為主機，以TMS320LF2407為從機，實現(xiàn)了主從機之間的基于RS-485的串行通信，以及TMS320LF2407與CAN總線的通信。其中PC機與TMS320LF2407的RS-485通信，采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX48X/49X系列收發(fā)器芯片，完成RS-485標準接口通信。由于PC機上提供的是標準的RS-232C串行接口，因此，需要RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換器進行接口轉(zhuǎn)換。如圖1所示。應用TMS320LF2407內(nèi)嵌的CAN模塊和總線接口芯片PCA82C250，實現(xiàn)了TMS320LF2407與CAN總線的串行通信。

　　2.TMS320LF2407的RS-485通信設計

　　TMS320F2407有較強的串行通信能力，設計到的控制類寄存器較多，這使系統(tǒng)設計比較靈活。設計時，首先對控制類寄存器進行初始化，包括數(shù)據(jù)格式、中斷使能、中斷優(yōu)先級、波特率等參數(shù)的設置。初始化完成以后，就可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)了。如果要發(fā)送數(shù)據(jù)，只要把數(shù)據(jù)寫入SCITXBUF即可，由串行通信SCI模塊自動完成發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要接收數(shù)據(jù)，只要把SCIRXBUF的內(nèi)容讀出即可（從引腳SCIRXD/IO移位來的信息由串行通信SCI模塊本身自動去掉起始位、停止位、校驗位，并將數(shù)據(jù)放到SCIRXBUF中）。代碼如下：

　　初始化TMS320LF2407的SCI模塊

　　3.上位機PC串行通信軟件設計

　　上位機PC采用高級語言VB的通信控件，實現(xiàn)串行通信。在VB5.0及以上版本中，提供了一個名為MSComm的通信控件，它為應用程序提供基本的串行通信功能，可以通過串行接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

　　PC串行口發(fā)送器輸出端和接收器輸入端的數(shù)據(jù)格式為幀信息格式，與TMS320LF2407的SCI格式相同。通信時，雙方預先約定通信數(shù)據(jù)傳輸格式、傳輸速率及各自工作方式等。本文設計中雙方約定：波特率為9600bps。1幀信息格式為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。傳送方式：PC機采用查詢方式接收數(shù)據(jù)，TMS320F240采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。

　　4.TMS320LF2407的CAN通信設計

　　TMS320LF2407 內(nèi)嵌的CAN模塊，是一個16 位的外圍器件，其通信特性有：（1）完全支持CAN2.0B協(xié)議;（2）具有6個郵箱，其中mailbox2與mailbox3可按工程需求配置為接收或發(fā)送郵箱，數(shù)據(jù)長度為0—8字節(jié);（3）當發(fā)送出錯或仲裁過程中數(shù)據(jù)丟失時，該控制器具有自動重發(fā)功能;（4）能夠通過軟件編程實現(xiàn)自檢測功能。

　　4.1硬件設計

　　應用TMS320LF2407微控制器組成一個CAN總線網(wǎng)絡，進行實時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN控制器接口用于提供CAN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口，總線接口芯片使用PHILIPS公司生產(chǎn)的PCA82C250，它可以方便的將CAN控制器連接到CAN總線網(wǎng)絡上。硬件系統(tǒng)分為兩層，第一層是CAN總線與TMS320LF2407的接口電路，實現(xiàn)CAN總線和TMS320LF2407的物理接口，第二層是TMS320LF2407與CAN總線的信息處理層。如圖2所示。

　　PCA82C250提供差分發(fā)送和對CAN控制器的差分接收，由于PCA82C250是5V電源供電，TMS320LF2407是用3.3V電源供電，因此采用電阻分壓來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。其中R2，R3分別取1KΩ和2KΩ，R1取10KΩ。對于二極管D1選用具有快速恢復能力的肖特基二極管IN5819。

　4.2軟件設計

　　4.2.1初始化CAN模塊

　　CAN模塊的初始化包括初始化位時間和初始化郵箱。

　　初始化位時間可按如下步驟進行（如圖3所示）：

　　（1）在MCR寄存器中設置改變配置請求位：CANMCR=1000H;

　?。?）配置BCR寄存器：CANBCR2=0000H; CANBCR1=0157H;

　?。?）請求正常模式：CANMCR=0000H;

　　初始化郵箱可以按照如下步驟配置郵箱（如圖4所示）：

　?。?）禁止郵箱寫0到CANMDER：CANMDER=0000H;

　?。?）在CANMCR中設置改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

　?。?）改變郵箱內(nèi)容：數(shù)據(jù)可以只在發(fā)送郵箱中設置;

　?。?）返回正常模式：CANMCR=0000H;

　?。?）使能郵箱：CANMDER=0004H;

　　4.2.2 發(fā)送消息

　　為了實現(xiàn)CAN模塊的消息發(fā)送，需要按照以下步驟配置發(fā)送過程：

　?。?）對發(fā)送郵箱進行初始化

　　禁止郵箱對CANMDER寫0：CANMDER=0000H;

　　在CANMCR中設置改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

　　對發(fā)送郵箱設置消息ID: CANMSGIDnH="0E00H";CANMSGIDnL=000FH;

　　設置消息控制域,即對CANMSGCTRLn進行寫操作: CANMSGCTRLn="0008H";

　　創(chuàng)建消息并寫到CANMBXnA、CANMBXnB、CANMBXnC和CANMBXnD中：

　　CANMBXnA=0ABCDH;CANMBXnB=0123H;CANMBXnC=0EF32H;CANMBXnD=6789H;

　　重新設置CANMCR的第8位，請求正常操作：CANMCR=0000H;

　　允許郵箱對CANMDER寄存器進行寫操作：CANMDER=0004H;

　?。?）設置TCR寄存器的TRS位，請求發(fā)送消息：TCR=0010H;

　　（3）等待發(fā)送確認（TCR寄存器的TA=1）;

　?。?）重新設置TA和發(fā)送標志：TCR=1000H;

　　4.2.3 接收消息

??????? 應用CAN模塊接收外界消息時，需要對CAN控制器進行如下設置：

　?。?）設置局部接收屏蔽寄存器。 LAM1H=8000H;

　?。?）設置郵箱標識符和控制。

　　禁止郵箱對MDER寫0：CANMDER=0000H;

　　寫MCR寄存器申請改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

　　對發(fā)送郵箱設置消息ID: CANMSGIDnH="0E00H";CANMSGIDnL=000EH;

　　設置消息控制域：CANMSGCTRLn=0008H;

　　重置MCR第8位，請求正常操作：CANMCR=0000H;

　　允許郵箱寫MDER寄存器：CANMDER=0044H;

　?。?）等待接收確認和CANIFR的郵箱中斷標志。

　?。?）重置RMP和接收標志，必須對RMP寫1: CANRCR="0040H";

圖3 初始化位時間編程流程圖

　　5.結(jié)論

　　本文作者的創(chuàng)新點是：在工業(yè)控制領域中，往往是由一臺主機控制多臺從機，上位機和下位機的遠距離通信通過串行通信實現(xiàn)。本設計綜合實現(xiàn)了PC主機與DSP從機的RS-485遠距離通信接口和DSP從機與CAN現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸接口設計，同時具備主從機的遠距離通信和CAN現(xiàn)場總線設備的實時通信功能，具有廣泛的應用前景。在設計中充分發(fā)揮了DSP的CAN模塊和SCI模塊的作用,使得接口設計簡單，工作更加可靠。