基于8位高性能微控制器P87C591實現(xiàn)嵌入式CAN控制器的設(shè)計

引言

現(xiàn)場總線技術(shù)是一種基于現(xiàn)場設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的新型總線系統(tǒng)，它綜合了計算機技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等各種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點對點”式的模擬信號或數(shù)字—模擬信號控制的局限性，構(gòu)成了一種全分散、全數(shù)字化、智能化雙向、互連、多變量、多結(jié)點的通信控制系統(tǒng)。

CAN總線是德國BoSCH公司為解決現(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)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。CAN總線以其高性能、高可靠性及其獨特的設(shè)計越來越受到人們的重視，并被公認(rèn)為是汽車電控系統(tǒng)中最有前途的總線之一。奔馳、寶馬、大眾等一些國際著名汽車生產(chǎn)廠家已經(jīng)在各自的產(chǎn)品中采用了CAN總線技術(shù)。目前，國內(nèi)的汽車生產(chǎn)廠家也已經(jīng)開始重視該項技術(shù)。毫無疑問，CAN總線技術(shù)將是今后車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的主流協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

P87C591芯片的特點

P87C591是一個單片8位高性能微控制器，除了80C51的標(biāo)準(zhǔn)特性之外，器件還為實際應(yīng)用提供許多專用的硬件功能。片中帶16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲器，可外部擴展到64K字節(jié)；512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM，可外部擴展到64K字節(jié)；并且有3個16位定時/計數(shù)器T0， T1（標(biāo)準(zhǔn)80C51）和附加的T2（捕獲&比較），2個8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出（PWM），包含一個看門狗定時器T3。P87C591中包括4個中斷優(yōu)先級，l5個中斷源，為編寫高效率的程序軟件提供了強大的硬件支持。

P87C591是NXP半導(dǎo)體公司推出的帶有在片CAN控制器SJA 1000的新型微控制器。它完全履行CAN 2.0規(guī)范并提供一個獨立CAN控制器的軟件移植路徑。其中包括增強型驗收濾波器、支持系統(tǒng)維護、診斷、系統(tǒng)優(yōu)化以及接收FIFO特性。該嵌入式CAN控制器包括了具有CAN的擴充特性。該嵌入式CAN控制器包括了下列功能模塊：

① CAN內(nèi)核模塊根據(jù)CAN 2. 0規(guī)范控制CAN幀的接收和發(fā)送。

② CAN接口包含5個實現(xiàn)CPU與CAN控制器連接的特殊功能寄存器。

③ CAN控制器的發(fā)送緩沖區(qū)能夠保存一個完整的CAN信息格式。只要通過CPU啟動發(fā)送，信息字節(jié)就從發(fā)送緩沖區(qū)傳輸?shù)紺AN內(nèi)核模塊。

④ 所有驗收濾波器驗收的接收數(shù)據(jù)都保存在接收FIFO中。取決于操作模式和數(shù)據(jù)長度的不同，最多可存放21個CAN信息。

⑤ 當(dāng)接收一個信息時，CAN內(nèi)核模塊將串行位流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)輸入到驗收濾波器，通過該可編程濾波器，P87C591確定實際接收到的信息。

P87C591微控制器內(nèi)部總線通過80C51微處理器接口與PeIiCAN相連。通過CANADR（地址）、CANDAT（數(shù)據(jù)）、CANMOD（模式）、CANSTA（狀態(tài)）和CANCON（控制）5個特殊功能寄存器對PeIiCAN寄存器和RAM區(qū)進(jìn)行訪問。圖1為P87C591的功能框圖。

基于P87C591的CAN總線控制系統(tǒng)的設(shè)計研究

硬件電路設(shè)計

本文所設(shè)計的控制系統(tǒng)的CAN總線節(jié)點硬件電路由微處理器（P87C591）、CAN總線通信接口的收發(fā)器（NXP公司的82C250）和功能裝置（傳感器、執(zhí)行器等）組成。如 圖2所示為控制系統(tǒng)CAN總線節(jié)點通訊相關(guān)的硬件電路原理圖。由于P87C591本身含有CAN模塊，因此不需要外加CAN控制器，所需要的外部元件僅僅是一個晶振加兩個電容，一個連接到復(fù)位腳的電容（使用片內(nèi)復(fù)位電路）以及一個收發(fā)器用于將P87C591連接到CAN總線。

為了防止干擾，在CAN總線節(jié)點硬件設(shè)計上采取了以下措施：

①82C250與CAN總線的接口部分采取了抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個5？ 的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射能力。另外在兩根CAN總線接入端與地之間分別反接了一個保護二極管，當(dāng)CAN總線有較高的負(fù)電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護作用。

② 總線兩端應(yīng)接有兩個120？電阻，對于匹配總線阻抗起著重要的作用，忽略掉它們會使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低甚至無法通信。

軟件設(shè)計

在CAN總線程序設(shè)計中，初始化程序是整個軟件設(shè)計中的重點和難點，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。對CAN 控制器進(jìn)行初始化，實際上就是對集成CAN控制器的P87C591芯片中的寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置，并對報文接收緩沖區(qū)進(jìn)行設(shè)置。內(nèi)容包括：操作模式、TXDC輸出管腳的配置、總線定時、驗收濾波器、中斷等。CAN控制器初始化流程圖如圖3所示。

對于CAN控制器的初始化，只與表1中所列寄存器相關(guān)。大多數(shù)CAN寄存器具有一個方便的恢復(fù)特性，在硬件復(fù)位或使CAN控制器進(jìn)入復(fù)位模式后用戶配置可保持不變（表1中標(biāo)注“不變”）。

CAN初始化子程序如下：

void init_can_controller（void）

{

/*進(jìn)入CAN控制器復(fù)位模式*/

CANMOD=0x01; /*將CAN控制器設(shè)置為復(fù)位模式以啟動初始化*/

/*TXDC Port （P1.1）配置*/

P1M2=P1M2|0x02; /*管腳TXDC設(shè)置為推挽模式*/

/*配置與CAN有關(guān)的中斷*/

CANSTA=0x03; /*使能接收和發(fā)送中斷*/

/*CAN位定時的配置*/

CANADR=BTR0; /*BTR0和BTR1編程為100kbit/s，在16MHz條件下*/

CANDAT=0x00;

CANADR=BTR1;

CANDAT=0x14; /*用戶可根據(jù)具體的CAN網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整BTR0、BTR1的參數(shù)*/

/*驗收濾波器1配置為接收ID=10000000XXX*/

CANADR=ACR0; /*將地址設(shè)置到驗收代碼寄存器0（BANK1）*/

CANDAT=0x80; /*驗收代碼0用于濾波*/

CANADR=AMR0; /*將地址設(shè)置到驗收屏蔽寄存器0（BANK1）*/

CANDAT=0x00; /*BANKl：與驗收屏蔽0有關(guān)*/

CANDAT=0xFF; /*BANKl：與驗收屏蔽1無關(guān)，允許任何數(shù)據(jù)通過濾波器*/

CANDAT=0xFF; /*BANKl：與驗收屏蔽2無關(guān)，允許任何數(shù)據(jù)通過濾波器*/

CANDAT=0xFF; /*BANKl：與驗收屏蔽3無關(guān)，允許任何數(shù)據(jù)通過濾波器*/

CANADR=ACFMOD; /*將地址設(shè)置到ACF模式寄存器*/

CANDAT=0xFF; /*單驗收濾波器使用29位ID（EFF）*/

CANADR=ACFPRIO; /*將地址設(shè)置到ACF優(yōu)先級寄存器*/

CANDAT=0xFF; /*所有濾波器都為高優(yōu)先級*/

CANADR=ACFEN; /*將地址設(shè)置到ACF使能寄存器*/

CANDAT=0x01; /*使能Bankl的驗收濾波器*/

/*選擇操作模式退出CAN控制器復(fù)位模式*/

CANMOD=0x00; /*使CAN控制器進(jìn)入操作模式*/

}

結(jié)束語

本 文從硬件和軟件的角度對內(nèi)嵌CAN控制器（SJA1000）的P87C591進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，不僅給出了P87C591的CAN總線硬件電路原理圖，還給出了CAN總線的初始化子程序。P87C591是個高性能的CAN微控制器，可用于汽車和通用的工業(yè)應(yīng)用。尤其在汽 車 車身控制系統(tǒng)中它可以發(fā)揮很好的作用，通過使用該系統(tǒng)進(jìn)行CAN總線的車身控制，可以簡化線路，減少車內(nèi)線束連接的復(fù)雜性，保證信號無干擾、實時的傳輸，并且實現(xiàn)系統(tǒng)實時診斷、測試和報警功能。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，其在汽車電控系統(tǒng)中必將得到更廣泛的應(yīng)用。

責(zé)任編輯：gt