基于STC89C51的CAN总线点对点通信模块设计

基于单片机的CAN总线点对点通信模块设计简介随着人们对总线各方面要求的不断提高，总线上的系统数量也在不断增加，导致电路复杂度增加、可靠性降低、成本增加等问题。为了解决上述问题，本文介绍了基于SJAl000的CAN总线通信模块的实现方法。在该方法中，PCA82C250用作通信模块的总线收发器，SITA-l000用作网络控制器。基于单片机的CAN通信硬件设计由单片机完成。文章还对平台的初始化、模块的发送和接收进行了设计和分析。测试和分析证明，该系统能够满足CAN总线的通信要求，整个系统具有很高的实用性。介绍现场总线是一种应用于生产底层的总线拓扑网络。它是一个通信网络，可用作与所有受控设备节点串联的现场控制系统。就工业自动化而言，它的控制范围可以从家用电器到车间和工厂。在正常情况下，受控设备和网络所处的环境可能非常特殊，对信号的干扰往往是多种多样的。然而，控制要求非常实时，这决定了现场总线不同于一般的网络特性。此外，由于现场总线设备在功能上通常是标准化和模块化的，因此也具有设计简单和易于重构的特点。1 can总线概述控制器局域网最初是由德国博世公司为汽车检测和控制系统设计的。与通用通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其良好的性能和独特的设计使CAN总线越来越受到人们的重视。由于CAN总线本身的特点，其应用范围不再局限于汽车工业，而是发展到自动控制、航空航天、导航、过程工业、机械工业、纺织机械、农业机械、机器人、数控机床、医疗器械和传感器等领域。目前，CAN已成为国际标准，并被公认为最有前途的现场总线之一。其线性通信距离可达1兆比特/30米.其他节点的数量取决于总线驱动电路，目前可以达到110个。2 CAN系统的硬件设计图1示出了基于CAN2.0B协议的CAN系统的硬件框图。该系统包括电源模块、单片机部分、CAN控制器、光电耦合器、CAN收发器和RS232接口。硬件系统采用单片机89C5l，控制器采用SJAl000，收发器采用PCA82C250，光耦隔离采用6N137。图1中的控制器是控制器的替代物。它增加了一个新的操作模式(鹈鹕)，可以支持CAN2。OB协议具有许多新特性。微处理器STC89C5l可以以一定的方式读写SJAl000中的寄存器，控制SJAl000发送和接收数据。控制器局域网收发器是控制器局域网控制器和物理总线之间的接口。它最初是为汽车的高速应用而设计的。该设备可以为总线提供不同动态发送和接收功能。它采用双线差动驱动模式，有助于抑制汽车等恶劣电气环境中的瞬态干扰。PCA82C250可将串行总线TTL电平和串行总线差分信号相互转换，使总线具有更好的电磁兼容特性。光耦合器隔离器可以电气隔离总线上的每个控制器局域网节点，以提高系统的可靠性，减少系统和系统之间的相互作用。2.1控制器硬件电路的设计将SJAl000的ADOAD7连接到STC89C5l的P0端口，将CS连接到STC89C5l的P20端口。这样，当P20为0时，可以在中央处理器片外存储器地址选择SJAl000，中央处理器通过这些地址对SJAl000执行相应的读写操作。在设计过程中，SJAl000的RD、WR和ALE可以分别连接到STC89C5l的相应引脚，INT连接到STC89C51的IN-T0，这样CPU就可以通过中断来访问SJAl000。连接电路图如图2所示。2.2光耦合器的设计为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJAl000的TX0和RX0不直接连接收发机PCA82C250的TXD和RXD，而是通过高速光耦6N137连接到PCA82C250，实现CAN节点之间的电气隔离。应当注意，光耦合器中使用的电源VCC和VDD优选地是完全隔离的，并且可以通过低功率电源隔离模块来实现，从而提高节点的稳定性和安全性。电路图如图3所示。2.3 CAN收发器设计PCA82C250是一款差分收发器，可将TTL电平转换为差分信号。其CANH和CANL引脚分别通过一个5电阻连接到控制器局域网总线。电阻器可以起到限制电流的作用，并保护PCA82C250免受过电流的影响。CANH和CANL通过两个30pF的小电容与地并联。它能滤除总线上的高频干扰，并具有一定的抗电磁辐射能力。斜坡电阻应连接到PCA82C250的RS引脚。电阻大小可以根据总线通信速度进行适当调整，一般在16 k至140 k之间。这里选择一个47k电阻。图4是收发器的电路图。2.4整体电路分析在本设计中，SJAl000的AD0AD7与STC89C5l的P0端口相连，CS与P20端口相连，ALE、WE、RD分别与单片机的相应端口相连，因此SJAl000相当于单片机的外部存储器。访问SJAl000寄存器相当于读写外部寄存器地址。SJAl000的模式连接到高电平，并采用英特尔分频两种模式。TXO和RX0通过高速光耦合器6N137连接到控制器局域网收发器82C250。PCA82C250的TXD和RXD引脚分别连接以发送和接收驱动信号，然后通过CANH和CANL连接到物理总线传输介质。这种介质可以是光纤或双面胶线等。3 CAN系统软件设计STC89C51的软件设计包括单片机初始化、SJAl000初始化、SJAl000收发和数据显示模块。系统软件设计图如图5所示。3.1 SJAl000初始化软件设计SJAl000的初始化程序设计主要是通过将相应的控制字写入SJAl000的寄存器来决定SJAl000的工作模式。将控制字写入SJAl000寄存器时，SJAl000的复位模式应采用软件复位模式。初始化流程图如图6所示。3.2 SJAl000数据传输软件设计发送消息通常由控制器根据控制器局域网协议规范自动完成。首先，中央处理器将待传输的消息传输到传输缓冲器，并在命令寄存器中设置传输请求标志。发送流程图如图7所示。3.3 SJAl000接收数据软件设计中央处理器在一定时间内读取控制器的状态寄存器，以检查接收缓冲器的转盘标志，并指示是否至少接收到一条消息。当接收缓冲器状态标志指示“空”时，它指示没有接收到消息；中央处理器继续当前任务，直到没有新的请求来检查接收缓冲区的状态。当接收缓冲区状态标志已满时，表示已经收到一条或多条消息。此时，中央处理器将从控制器获取第一条信息，并在命令寄存器中设置释放接收缓冲区标志。接收流程图如图8所示。4项测试两个控制器局域网系统模块挂在控制器局域网总线上，这相当于在控制器局域网总线上形成两个节点，以便数据可以点对点传输。测试方法是当一个节点的键被按下时，除了显示它自己的数码管1和2加1之外，在总线上的另一个节点接收到数据之后，它的数码管3和4也进行操作，即与发送节点的数码