单片机和MCP2510的CAN总线通信模块设计

1、单片机和MCP2510的CAN总线通信模块设计 单片机和MCP2510的CAN总线通信模块设计 CAN（Controller Area Network）总线，即控制器局域网。由于具有高性能、高可靠性以及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。德国的Bosch公司最初为汽车监控和控制系统设计了CAN总线，现在，其应用已面向过程工业、机械工业、纺织工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN总线已经形成国际标准，并已经公认为是最有前途的现场总线之一。CAN总线规范已经被国际标准化组织制订为国际标准ISO11898，并得到众多半导体器件厂商的支持，推出各种集成有CAN协议

2、的产品。CAN总线系统智能节点是网络上报文的接收和发送站，一般由单片机和CAN控制器或二者合二为一组成。 MCP25l0是Microchip公司生产的一种独立的可编程CAN控制器芯片。本文将介绍新型的独立CAN通信控制器MCP2510，并给出其在CAN总线系统智能节点中的应用实例。 1.MCP2510芯片介绍 MCP25lO是一种带有SPI接口的CAN控制器，DIP封装如图1所示。它支持CAN技术规范V2.OA/B，能够发送或接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能。MCP2510通过SI接口与MCU进行数据传输，最高数据传输速率可达5 Mbps，MCU可通过MCP2510与

3、CAN总线上的其他MCU单元通信。MCP2510内含3个发送缓冲器和2个接收缓冲器，同时还具有灵活的中断管理能力，这些特点使得MCU对CAN总线的操作变得非常简便。 1.1 MCP2510的主要特点 支持CANV 2.0A/B； 具有SPI接口，支持SPI模式0，0和1，1； 内含3个发送缓冲器和2个接收缓冲器，可对其优先权进行编程； 具有6个接收过滤器，2个接收过滤器屏蔽； 具有灵活的中断管理能力； 采用低功耗CMOS工艺技术，其工作电压范围为3.05.5 V，有效电流为5 mA，维持电流为10A； 工作温度范围为-40+125。 1.2 结构及工作原理 MCP2510有PDIP、SOIC和

4、TSSOP三种封装形式。图2是MCP2510的内部结构框图。CAN协议机负责与CAN总线的接口，SPI接口逻辑用于实现同MCU的通信，而寄存、缓冲器组与控制逻辑则用来完成各种方式的设定和操作控制。现结合其工作过程将各部分的功能、原理作一介绍。 （1） 收发操作 MCP251O的发送操作通过3个发送缓冲器来实现。这3个发送缓冲器各占据14字节的SRAM。第1字节是控制寄存器TXBNCTRL，该寄存器用来设定信息发送的条件，且给出了信息的发送状态；第26字节用来存放标准的和扩展的标识符以及仲裁信息；最后8字节则用来存放待发送的数据信息。在进行发送前，必须先对这些寄存器进行初始化。 （2） 中断管理

5、 MCP25lO有8个中断源，包括发送中断、接收中断、错误中断及总线唤醒中断等。利用中断使能寄存器（CANINTE）和中断屏蔽寄存器（CANINTF）可以方便地实现对各种中断的有效管理。当有中断发生时，INT引脚变为低电平并保持在低电平，直到MCU清除中断为止。 （3） 错误检测 CAN协议具有CRCF错误、应答错误、形式错误、位错误和填充错误等检测功能。MCP2510内含接收出错计数器（REC）和发送出错计数器（TEC）两个错误计数器。因而对网络中的任何一个节点来说，都有可能因为错误汁数器的数值不同而使其处于错误一激活、错误一认可和总线-脱离3种状态之一。 2.MCP2510在智能节点中的应

6、用实例 利用MCP2510和CAN总线收发器TJA1050可构成一个CAN总线分布式测控网络。系统可包括一个主控制器和多个节点控制器，这种节点控制器可对电动机的电流、电压及周围的温度进行监控，其结构如图3所示。 这种网络拓扑结构采用了总线式结构和无源抽头连接，且结构简单、成本低，因而系统的可靠性较高。其信息传输采用CAN通信协议，通信介质采用双绞线。由于CAN总线是基于发送报文的编码，不对CAN控制节点进行编码，故系统的可扩充性比较好，同时增删CAN总线上的控制节点不会对系统的其余节点造成任何影响。节点控制器的MCU可选用具有SPI接口的微处理器，也可采用不带SPI接口的微处理器。本系统采用的

7、是不带SPI接口的微处理器AT89C51。AT89C51可通过P1口与CAN控制器的SPI接口直接相连，并用软件算法来实现SPI接口协议。CAN总线收发器TJA1050则作为MCP25l0与物理总线的接口。如果需要进一步提高系统的抗干扰能力，则可在MCP2510和TJAl050之间再加一个光电隔离器。 智能节点电路原理图如图4所示。 2.1 软件设计 MCP2510正常工作之前，需要进行正确的初始化，包括设置SPI接口的数据传输速率、CAN通信的波特率、MCP2510的接收过滤器和屏蔽器以及发送和接收中断允许标志位等。与SJA1000不同的是，单片机对MCP2510的接收缓冲器和发送缓冲器的操

8、作，必须通过SPI接口用MCP2510内置读写命令来完成。其读、写命令时序图如图5和图6所示。 本文中MCP2510主要采取中断模式进行总线数据的接收和发送。整个系统主序提供两种中断：定时器中断和外部中断。定时器中断的中断子程序主要负责处理来自模拟通道AIN0AIN7的A/D数据，向MCP2510发送“数据发送请求命令”以及发送数据。外部中断的中断处理子程序主要包括CAN总线错误处理子程序和数据接收子程序。 2.2 软件主体设计流程 软件主体设计流程如图7所示。软件设计时需要注意以下问题： 因为MCP2510在初始化完成后处于默认Config-uration模式下，所以就需要在MCP2510的

9、初始化完后将其置为Normal模式，否则MCP2510将一直停留在Configuration模式下，不能正常进行工作。将MCP2510置Normal模式可通过使用MCP2510内置的BitModify（位修改）4指令向CANCTRL控制字写入一个0字节来实现。 在对MCP2510进行任何操作之前，都要由微处理器向MCP2510的片选CS输出一个低电平，使得MCP2510选通。 在执行MCP2510的“读”操作时，发送完读指令及其地址码之后，仍然需要向MCP2510提供时钟，以接收“读”到的数据。可以通过向MCP2510发送一个0字节来实现。 在对MCP2510完成任意操作后，都要延时一段时间，

10、使其有足够的时间来准备接收下次操作的命令，防止出现MCP2510“忙”的情况。 3.总结 CAN总线已被公认为是最有前途的几种现场总线之一。因其性价比高、实现简单等突出优点深受越来越多的研发人员的青睐。本文的智能节点可联结多个集散控制系统，其软硬件电路的设计方法同样适合于其他基于CAN总线的分布式控制系统的节点设汁。上一页 / =CAN通信程序= #include #include #include / MCP2510寄存器定义 / =常数和变量定义= #define READ 0x03 / 读MCP2510指令代码 #define WRITE 0x02 / 写MCP2510指令代码 #def

11、ine RESET 0xC0 / 复位MCP2510指令代码 #define RTS 0x80 / MCP2510请求发送指令代码 #define STA2510 0xA0 / 读MCP2510状态指令代码 #define BITMOD 0x05 / MCP2510位修改指令代码 int a12; / SPI发送或接收数据寄存器int b8; / 发送或接收的数据int c8; / 发送或接收的数据int i; / 临时变量int count; / 发送接收计数器int count1=0; / for testint RecID_H=0;int RecID_L=0;int DLC=8;void

12、 SPIINT();void TMR1INT();void CCP1INT();void SPIEXCHANGE(int count);void WAIT_SPI();void RESET2510();int RD2510(int adress,int n);void WR2510(int adress,int n);void RTS2510(int RTSn);int GETS2510();void BM2510(int adress,int mask,int data);void SETNORMAL();void TXCOMPLETE(int adress);void TXMSG(int

13、DLC);int RXMSG();void INIT2510();void INIT877();void INITSPI();void ACK();void wait();/ =主程序= main(void) int l,detect=0; SSPIE=1; TMR1IE=1; CCP1IE=1; CCP2IE=1; PEIE=1; ei(); / 开中断 INIT877(); / 初始化PIC16F877芯片 INITSPI(); / 初始化SPI接口 INIT2510(); / 初始化MCP2510芯片 flag1=0; flag2=0; CCP1CON=0x05; CCP2CON=0x0

14、4; while(1) RXMSG(); TXMSG(8); / =中断服务程序= / SPI中断服务子程序 void SPIINT() SSPIF=0; ai+=SSPBUF; / 数据暂存a中 count-=1; if(count0) SSPBUF=ai;/ 未发送完，继续 else RE2=1; / 否则，片选信号置高电平 return;/ TMR1中断服务子程序 void TMR1INT() TMR1IF=0; T1CON=0; if(!flag1) TMR1H=0xfe; / 512 s 脉冲宽度 TMR1L=0x00; T1CON=0x01; PORTD=0xff; / 输出所有通

15、道 flag1=1; else flag1=0; PORTD=0; T1CON=0; return;/ CCP1中断服务子程序 void CCP1INT() CCP1IF=0; T1CON=0x01; return;/ CCP2中断服务子程序 void CCP2INT() CCP2IF=0; T1CON=0x01; return;/ 中断入口，保护现场，判中断类型 void interrupt INTS() di(); if(TMR1IF) TMR1INT(); / 定时器TMR1中断 else if(CCP1IF) CCP1INT(); / 电压过零捕捉中断1 else if(CCP2IF)

16、 CCP2INT(); / 电压过零捕捉中断2 else if(SSPIF) SPIINT(); / SPI接口中断 ei();/ =子程序= / 启动SPI传送 void SPIEXCHANGE(count) int count; if(count0) / 有数据可送？ i=0; RE2=0; / 片选位置低电平 SSPBUF=ai; / 送数 else ; / 否则，空操作，并返回 return;/ 等待SPI传送完成 void WAIT_SPI() do ; while(count0); / 当count!=0时，等待 to add CLRWDT return;/ 对MCP2510芯片进

17、行复位 void RESET2510() a0=RESET; count=1; SPIEXCHANGE(count); / 送复位指令 WAIT_SPI(); return;/ 读取从地址adress开始的寄存器中的数据，共n个，存放在数组bn中 int RD2510(adress,n) int adress; int n; int j; a0=READ; a1=adress; for(j=0;jn;j+) aj+2=0; count=n+2; / 指令、地址和要得到的数据量n SPIEXCHANGE(count); WAIT_SPI(); for(j=0;jn;j+) bj=aj+2;/ 数

18、据存到数组b中 return;/ 向从地址adress开始的寄存器写入数据，共n个，数据存放数组bn中 void WR2510(adress,n) int adress; int n; int j; a0=WRITE; a1=adress; for(j=0;jn;j+) aj+2=bj; count=n+2; / 指令、地址和要写入的数据量n SPIEXCHANGE(count); WAIT_SPI(); return;/ MCP2510芯片请求发送程序 void RTS2510(RTSn) int RTSn; a0=RTSRTSn; count=1; SPIEXCHANGE(count);

19、/ 发送MCP2510芯片，请求发送指令 WAIT_SPI(); return;/ 读取MCP2510芯片的状态 int GETS2510() a0=STA2510; a1=0; count=2; SPIEXCHANGE(count); / 读取MCP2510芯片状态 WAIT_SPI(); b0=a1; / 状态存到数组b中 return;/ 对MCP2510芯片进行位修改子程序 void BM2510(adress,mask,data) int adress; int mask; int data; a0=BITMOD; / 位修改指令 a1=adress; / 位修改寄存器地址 a2=m

20、ask; / 位修改屏蔽位 a3=data; / 位修改数据 count=4; SPIEXCHANGE(count); WAIT_SPI(); return;/ 设置MCP2510芯片为正常操作模式 void SETNORMAL() int k=1; BM2510(CANCTRL,0xe0,0x00); / 设置为正常操作模式 do RD2510(CANSTAT,1); k=b0&0xe0; while(k); / 确认已进入正常操作模式 return;/ 对MCP2510进行初始化 void INIT2510() RESET2510(); / 使芯片复位 b0=0x02; b1=0x90;

21、b2=0x07; WR2510(CNF3,3); / 波特率为 125 kbps b0=0x00; b1=0x00; WR2510(RXM0SIDH,2); b0=0x00; b1=0x00; WR2510(RXF0SIDH,2); / RX0接收，屏蔽位为0，过滤器为0 b0=0x00; WR2510(CANINTE,1); / CAN中断不使能 SETNORMAL(); / 设置为正常操作模式 return;/ MCP2510芯片发送完成与否判断，邮箱号为adress void TXCOMPLETE(adress)int adress; int k=1; do RD2510(adress,1); k=b0&0x08; while(k); / 确认是否已发送完毕 to add CLRWDT return;/ 初始化PIC16F877芯片 void INIT877() PORTA=0; PORTB=0; P