CAN智能節(jié)點的設計

1、CAN智能節(jié)點的設計    摘要：CAN總線是一種流行的實時性現(xiàn)場總線，文中提出了一種基于MSP430單片機，并以MCP2510為CAN控制器的智能節(jié)點設計方案，該方案利用MSP430通過標準SPI接口可實現(xiàn)對MCP2510的控制，并能夠完全實現(xiàn)CAN總線規(guī)范。     關鍵詞：CAN智能節(jié)點；MSP430；MCP2510；數據通信引言總線是控制器局域網（ -）總線的簡稱，它屬于現(xiàn)場總線范疇，是一種能有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，它可將掛接在現(xiàn)場總線上作為網絡節(jié)點的智能設備連接成網絡系統(tǒng)，并進一步構成自動化系統(tǒng)

2、，從而實現(xiàn)基本的控制、補償、計算、參數修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化功能?？偩€智能節(jié)點在分布式控制系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。它位于傳感器和執(zhí)行機構所在的現(xiàn)場，一方面和上位機（或者工控機）進行通信，以完成數據交換；另一方面又可根據系統(tǒng)的需要對現(xiàn)場的執(zhí)行機構或者傳感器進行控制和數據采集。它常常將一些簡單的過程控制程序放在底層模塊中，從而減少了通信量，提高了系統(tǒng)控制的實時性。因此，智能化模塊設計在系統(tǒng)中有著十分重要的作用。本文將給出一種用單片機和 控制器組成的總線智能節(jié)點的設計方案（見圖），該方案中的單片機和控制器通過標準的接口進行通信，因此，該節(jié)點能夠完成對被控器件的數據采集

3、上報，并接受上位機的命令，進而進行解析以完成對執(zhí)行機構的控制。為了調試簡單，本方案作了一些改動：一是使工作在環(huán)回模式，也就是數據由發(fā)送緩存直接發(fā)送到接收緩存，由于不經過收發(fā)器和總線，而只是使用了它的一個發(fā)送緩存和一個接收緩存，因而方便了調試；二是把被控器件的數據采集和對執(zhí)行機構的控制部分略去，而這些功能在以后可以方便地添加，這樣，在實際使用時，只要對程序稍作修改就可應用。硬件設計本設計的整個接口模塊主要由兩部分組成：控制器和微控制器。圖所示是該智能節(jié)點的部分電路硬件原理圖。下面對主要部分功能作一介紹。 簡介系列微控制器是公司推出的功能強大的超低功耗位微處理器。它集成了豐富的片上外圍資源，因而開

4、發(fā)方式十分簡便，可以用語言編寫出效率很高的程序。所選的工作電壓為，內含 存儲空間。片內集成了看門狗定時器（）、基本時鐘模塊、-、位、和帶有個捕獲比較器的位定時器，因而片上資源十分豐富，完全可以滿足一般的需要，同時減少了設計的復雜度。與其它單片機相比，的端口功能更強，可實現(xiàn)雙向的輸入、輸出，并可完成一些特殊的功能，如轉換、捕獲比較等；另外，它還可以實現(xiàn)的各種中斷。本設計中，的作用有兩個：一是對執(zhí)行機構的控制以及對輸入模擬量或者開關量的信號采集；二是利用模塊通過模式與通信并控制以實現(xiàn)規(guī)范。    簡介是公司推出的功能很強的控制器芯片，它支持、及規(guī)范；其內部結構見圖所示

5、。該芯片內含個發(fā)送緩存和個接收緩存，可以對發(fā)送優(yōu)先級進行管理，可濾除無用信息，有個可編程濾波器，而且中斷資源十分豐富。最可貴的是，它可以通過標準的接口與微控制器進行通信，從而放寬了的選擇范圍使得所有單片機都有接入的可能。的主要功能是在的控制下實現(xiàn)規(guī)范，它內部的所有寄存器和控制寄存器都映射到一個地址表上，可以使用相應的命令格式通過標準的接口來完成對的初始化、工作狀態(tài)的控制以及數據的讀寫。此外，產生的中斷還可以反饋給來處理。 系統(tǒng)時鐘    由于的時鐘頻率決定著指令周期，因而該時鐘直接影響接口的速率。有兩個可選的時鐘：一是外部低速的時鐘晶體；二是采用內部數控的可調頻率

6、。本設計直接采用它內部的數控作為它的主時鐘和，由于直接工作在，因而免去了使用晶體。采用標準的晶體。中模塊的可由系統(tǒng)時鐘分頻得到，速率設定也十分方便。實際上，輸出到總線的速率也可通過設置內部寄存器的控制分頻系數來調節(jié)。此外，由于的輸出信號驅動能力不夠，而且與總線物理接口的要求存在很大的差異，所以，在實際應用中必須使用收發(fā)器（如等），它可支持的速率最高可達，而且容錯能力很強。此外，它內部還有很強的保護電路，可以防止總線的其它節(jié)點對它的影響。軟件設計在進行本系統(tǒng)節(jié)點的軟件設計前，首先簡要說明一下的指令格式，的條指令如表所列。表1 MCP2510指令格式指  令指令格式說 

7、0;   明復位1100 0000使內部寄存器復位,進入配置模式讀取0000 0011從寄存器讀取數據,指令在前,地址隨后寫入0000 0010寫數據到寄存器,指令在前,地址和數據隨后發(fā)送請求1000 0nnn對發(fā)送緩存發(fā)送信息進行初始化狀態(tài)讀取1010 0000讀取常用狀態(tài)寄存器的某些位數據位修改0000 0101對豁口的某幾件位修改在使用時，可以把這些指令直接編寫成函數形式，這樣可使程序簡練易讀。同時，發(fā)送請求的硬件觸發(fā)只需把置低即可。實際上，接收緩存收到信息后也能產生硬件觸發(fā)，并在引腳產生低電平輸出。本設計的主程序流程圖如圖所示。上電復位后，首先完成自身外圍模塊的初始

8、化，其任務主要是選擇時鐘模塊中的時鐘、使模塊工作于模式、以及對看門狗定時器的配置等；然后對進行初始化，以對寄存器進行設置。需要注意的是，只有在配置模式下才可以對控制參數進行配置，但它在復位以后就是配置模式。當配置到環(huán)回模式后，將寫數據到的發(fā)送緩存并控制其發(fā)送，此后，在接收緩存收到數據后，引腳將產生低電平中斷以通知，響應中斷后將讀取數據，并和發(fā)送的數據進行比較，以驗證程序的可行性。需要注意的是，無論是對的讀還是寫，都必須使它的引腳處于低電平。在實際應用中，和都可以進入睡眠模式，并可以由中斷來激活。整個節(jié)點的主要功能均由中斷子程序來完成，其中的一部分是自身的中斷（看門狗定時器溢出中斷、接收發(fā)送中斷、中斷等），另一部分是引起的中斷，這部分中斷資源十分豐富，包括信息接收發(fā)送中斷、信息錯誤中斷、總線激活中斷等。它產生的所有中斷都能使引腳為低電平， 單片機在檢測到這些中斷后，將通過接口讀取內部的中斷標志寄存器以判斷是何中斷，然后再進行進一步處理。結束語和的很