CAN總線(Controller AreaNetwork，控制器局域網(wǎng)) 已成為比較流行的一種現(xiàn)場總線，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信，因其具有高性能、高可靠性、高性價比、連接方便、實時性好及其獨特的設(shè)計等突出優(yōu)點應(yīng)用于許多工業(yè)部門。而實際應(yīng)用中PC機與CAN總線的人機交互設(shè)計尤為重要，它直接影響系統(tǒng)的運行和結(jié)果，其連接方法也成為系統(tǒng)設(shè)計的重點，通常采取3種連接方式：RS-232串行口通信、PCI卡、USB口通信，由于串行通信端口在系統(tǒng)控制領(lǐng)域中一直扮演著極為重要的角色，以其開發(fā)簡單，資源豐富，成本低，無需驅(qū)動程序等諸多優(yōu)點，不僅沒有被淘汰，反而在規(guī)格上更先進，故應(yīng)用廣泛。結(jié)合設(shè)計中AT89C51單片機有串行通信口且接口簡單的特點，選用RS-232作為CAN總線與PC機之間的連接方式。將就這一基于CAN控制器SJA1000與AT89C51的具有通用性的工業(yè)測控系統(tǒng)設(shè)計的軟硬件設(shè)計方案作詳細介紹。
　　CAN總線及CAN控制器SJA1000簡介
　　CAN總線最初是德國Bosch公司在1986 年為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種支持分布式實時控制系統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)通訊總線。CAN總線與其它通信網(wǎng)的顯著不同之處在于：
　　(1)報文傳送中不包含目標地址，它是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，各接收站根據(jù)報文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標識符過濾報文，該收的收下，不收的棄用。其好處是可線上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收。
　　(2)特別強化了對數(shù)據(jù)安全性的關(guān)注，滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。另外CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，借助接收濾波的多地址幀傳送，受干擾概率低，每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施。響應(yīng)遠程數(shù)據(jù)請求，配置靈活，具有全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性。節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前最多可達110個節(jié)點。CAN總線符合ISO11898標準，通信速率高，最大傳輸速率可達1Mbit/S，最大傳輸距離為10km，傳輸介質(zhì)可為雙絞線?；贑AN總線以上的特點，把它應(yīng)用于系統(tǒng)分布比較分散且需要在同一總線上掛接多個節(jié)點的場合是非常適合的。
　　目前廣泛流行的CAN總線器件有兩大類：一類是獨立的CAN控制器，如PhilipS公司的PCA82C200，SJA1000及Intel82256/82257等;另一類是帶有在片CAN的微控制器，如P8XC582等。其中Philips公司的PCA82C200是符合CAN2. 0A協(xié)議的總線控制器，SJA1000是它的替代產(chǎn)品，它是應(yīng)用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨立CAN總線控制器。具有完成CAN通信協(xié)議所要求的全部特性。經(jīng)過簡單總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設(shè)計和PCA82C200的基本CAN模式(BasicCAN)兼容。同時，新增加的增強CAN模式( PeliCAN)還可支持CAN2. 0B協(xié)議。根據(jù)當(dāng)前市場開發(fā)工具和課題的實際需要，選用SJA1000作為CAN控制器，同時使用了CAN控制器接口芯片PCA82C250。
　　SJA1000有兩種工作模式：基本模式和增強模式。在基本模式下，SJA1000只可收發(fā)標準數(shù)據(jù)幀(標準數(shù)據(jù)幀的標識符為11位)，且錯誤報警的極限值不能修改;在增強模式下，SJA1000既可接收標準數(shù)據(jù)幀，也可接收擴展數(shù)據(jù)幀(擴展數(shù)據(jù)幀的標識符為29位)，可修改錯誤報警的極限值，并且SJA1000具有更加靈活的濾波方式，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)幀的標識符有選擇地接收一些數(shù)據(jù)幀。另外，增強模式下的SJA1000能夠進行自檢，即可通過自發(fā)自收一組報文來判斷該控制節(jié)點是否正常地掛在CAN總線上。使用者所要做的主要工作是SJA1000的初始化，收發(fā)報文的處理以及對節(jié)點脫離總線的檢測量與處理。
　　RS-232標準
　　串行通信由于接線少、成本低，在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，1969年，美國電子工業(yè)協(xié)會( EIA)公布了RS-232C作為串行通信接口的電氣標準，該標準定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)間按位串行傳輸?shù)慕涌谛畔?，合理安排了接口的電氣信號?a href=https://www.xsjjx.net/ target=_blank class=infotextkey>機械要求，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。
　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計
　　該適配器利用RS-232串行通信口及CAN總線進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)上位機與各智能節(jié)點間的通信任務(wù)，包括控制臺(上位機)向下傳輸命令和下位機數(shù)據(jù)的返回，以完成對下層設(shè)備的監(jiān)控。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。PC機通過RS-232與CAN控制器SJA1000通信，實現(xiàn)信息在CAN總線上的發(fā)送與接收。底層各智能節(jié)點根據(jù)應(yīng)用的不同具有不同功能，但都具有與CAN總線通信能力可以上傳數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。
　　CAN總線接口硬件設(shè)計
　　圖2為CAN總線通信接口適配器硬件設(shè)計簡圖。
　　PCA82C250提供對總線的差動發(fā)送和對CAN控制器的差動接收功能，也增大了通信距離，提高了系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾(RFI)，實現(xiàn)了熱防護等功能。
　　系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　軟件設(shè)計分PC機Visual BasiC編程和AT89C51單片機C語言編程2部分。
　　PC機部分
　　采用VB6. 0編程，這樣界面非常直觀，人機交互效果好。VB提供了具有通訊功能的MSComm. OCX控件，該控件可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進行設(shè)置。MSComm控件提供2種處理通訊的方式：(1)事件驅(qū)動通訊，即發(fā)送或接收數(shù)據(jù)過程中觸發(fā)ONCOMM事件，通過編程訪問CommEvent屬性了解通信事件的類型，分別進行各自的處理；(2)查詢方式，通過檢查CommEvent屬性的值來查詢事件和錯誤。采取查詢方式?？丶﨧SComm是將RS-232的初級操作予以封裝，用戶以高級的BasiC語法即可利用RS-232與外界通信并不需要了解其他有關(guān)的初級操作，因此使用方便。
　　MSComm控件初始化：
　　MSComm1. CommPort= 2　設(shè)置串口2
　　MSComm1. SettingS=“9600，N，8，1”　設(shè)定工作方式
　　MSComm1. InBufferSize = 10　根據(jù)1次傳1個CAN幀，設(shè)置輸入緩沖區(qū)大小
　　MSComm1. InputMode = 1　二進制形式接收
　　MSComm1. InputLeN= 0　一次讀出輸入緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)
　　MSComm1. OutBufferSize = 10　輸出緩沖區(qū)大小的設(shè)置
　　MSComm1. OutBufferCount= 0　清空輸出緩沖區(qū)
　　MSComm1. PortOpeN= True 　打開串口
　　PC機與單片機MSC51之間的通信約定如下：一般情況下PC與多個MSC51單片機系統(tǒng)進行主從式通信，其方案是MSC51采用串口工作方式3，即11位異步接收/發(fā)送方式，有效數(shù)據(jù)為9位，其中第9位為地址/數(shù)據(jù)信息的標志位，以此區(qū)分各從機。但現(xiàn)在PC機采用VB編程，其MSComm控件為標準的10位串口通信，包括8位標準數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的起始位和停止位。將單片機串口設(shè)為工作方式1，即改為10位異步接收/發(fā)送方式，通訊流程如下：
　　通訊時首先發(fā)通信開始標志，接著發(fā)送各下位機單片機的地址信號和芯片的片選信號，然后發(fā)送單片機的工作命令字。再往下即進行數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理功能模塊，最后對數(shù)據(jù)進行效驗。這個通訊流程非常簡便，實現(xiàn)了PC機與單片機之間的主從式通訊。
　　以下為VB的發(fā)送接收程序：
　　Private SuBcmdSendàClick()　使用按鈕控件
　　MSComm1. Output= txtSend. Text　將傳送區(qū)內(nèi)的字符串以O(shè)utput屬性送出
　　End Sub
　　Private SuBFormàLoad()　窗體的加載事件
　　MSComm1. PortOpeN= True 　將通訊斷口開啟，通訊參數(shù)也可以在開啟前先設(shè)定
　　MSComm1. RThreshold = Val (txtThreshold. Text)　設(shè)定引發(fā)接收事件的接收閾值，使程序一執(zhí)行便開啟通訊端口，將接收的閾值設(shè)定為閾值，設(shè)定文本框內(nèi)的值。
　　End Sub
　　Private SuBMSComm1. OnComm()　通訊控件的OnComm事件。引發(fā)接收事件后，將字符收進來并放在接收的文本框中
　　SelectCase MSComm1. CommEvent　根據(jù)下面每一個case 語句處理每個事件和錯誤事件
　　Case comEvCD 　CD 線的狀態(tài)發(fā)生變化
　　Case commEvReceive 　收到Rthreshold # of
　　txtReceive. Text= txtReceive. Text+ Trim(MSComm1. Input)&vbCrLf
　　Case comEvSend 　傳輸緩沖區(qū)有Sthreshold 個字符
　　End Select
　　End Sub
　　Private SuBtxtThreshold Change ( )　p閾值設(shè)定文本框的Change事件
　　MSComm1. Rthreshold = Val (txtThreshold. Text)　p當(dāng)設(shè)定的閾值變化時，實時改變通訊對象的屬性
　　End Sub
　　AT89C51單片機部分
　　單片機部分采用C語言編程。C語言編程具有快捷、模塊功能強大、可靠性好、效率高等優(yōu)點。其中程序初始化包括設(shè)定串口工作方式，定時器、中斷寄存器初始化，各變量的初始化。
　　TMOD = 0x20；　//定時器1為發(fā)生器
　　SCON= 0x50；　//串口工作方式1
　　TH1= 0xfd ；　//設(shè)定波特率= 9600bit/s
　　TL1= 0xfd ;
　　EA= 1；　//開中斷
　　ES= 1；　//允許串口中斷
　　TR1= 1；　//啟動定時器T1
　　SPECHAR = 0xff ；　//設(shè)定通訊開始標志
　　程序采用中斷接收，查詢發(fā)送的方式。串口中斷服務(wù)程序流程圖如圖3所示。
　　SJA1000控制器部分
　　初始化子程序CANINIT()
　　選用CAN2. 0協(xié)議構(gòu)建CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)，對SJA1000的初始化主要包括工作方式的設(shè)置、驗收代碼寄存器ACR、驗收屏蔽寄存器AMR、波特率的參數(shù)設(shè)置等。
　　void canàinit(void)　/*SJA1000的初始化子函數(shù)*/
　　{control = 1；　/*禁止超載、出錯及接收中斷，并置復(fù)位請求位使其進入復(fù)位狀態(tài)*/
　　while (control&0x01== 0);
　　acceptanceàcode = 0x01；　/*驗收碼寄存器(存機號1號)*/
　　acceptanceàmask= 0xfe ；　/*驗收屏蔽碼寄存器*/
　　busàtimingà0= 0x03；　/*總線定時寄存器0，同步跳轉(zhuǎn)寬度
　　T0= T，BPS= 125 k*/
　　busàtimingà1= 0x18；　/*總線定時寄存器1，T1= 9T，T2=2T，波特率為500kbit/S*/
　　outputàcontrol = 0x1A；　/*正常輸出方式，TX1引腳懸浮*/
　　clockàdivider = 0x40；　/*BASICCAN模式，RX1接固定電平*/
　　control = 0x1A；　/*清復(fù)位請求，使其進入工作狀態(tài)*/
　　}
　　發(fā)送canàsend()
　　發(fā)送子程序負責(zé)節(jié)點報文的發(fā)送，由CAN控制器SJA1000獨立完成，將命令寄存器里的發(fā)送請求標志置位，即可發(fā)送SJA1000發(fā)送緩沖區(qū)中的報文。
　　void canàsend(unsigned char ID ，char*xdata)　/*該子函數(shù)完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送*/
　　{while ( (status&0x10)>> 4 == 1)àNOPà；　/*檢查上次請求發(fā)送是否完成*/
　　while ( (status&0x04)>> 2== 0)àNOPà;
　　Transmitbuffer1= ID;
　　Transmitbuffer2= 0x08;
　　Transmitbuffer3= txdata[0] ;
　　Transmitbuffer10= txdata[7] ;
　　Command = 0x05 ；　/*發(fā)送請求*/
　　while ( (status&0x08)>> 3== 0);
　　}
　　接收子程序canàreceive ()
　　接收子程序負責(zé)節(jié)點報文的接收。SJA1000自動接收發(fā)往該節(jié)點的數(shù)據(jù)并將收到的數(shù)據(jù)放到它的接收緩沖器中。
　　SJA1000的報文接收主要有2種方式：中斷接收方式和查詢接收方式。系統(tǒng)采用的是中斷接收方式。
　　{unsigned char ir ;
　　ir = interrupt；　/*獲得SJA1000的中斷狀態(tài)*/
　　EA= 0;
　　If ( (ir&0x04)>> 2== 1)error ( )；　/*如果是出錯中斷，則調(diào)出錯處理函數(shù)*/
　　If ( (ir&0x08)>> 3== 1)overruN( )；　/*如果是超載中斷，則調(diào)超載處理函數(shù)*/
　　While ( ( (ir&0x04)>> 2== 1)‖( ( (ir&0x08)>> 3)== 1){àNOPà;}
　　RxID[0] = Receivebuffer1;
　　RxID[0] = Receivebuffer2;
　　If ( ( (Receivebuffer2&0x10)>> 4)== 0)　/*如果是數(shù)據(jù)幀，則接收數(shù)據(jù)*/
　　{Rxdata[0] = Receivebuffer3;
　　.
　　Rxdata[7] = Receivebuffer10;
　　Command = 0x04 ；　/*SJA1000的接收緩存器被釋放*/
　　}
　　else if ( ( (Receivebuffer2&0x10)>> 4)== 1)　/*如果是遠程幀，則作相應(yīng)處理*/
　　{ 　/*相應(yīng)處理程序*/
　　EA= 1;
　　}
　　}

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