CAN智能節(jié)點設(shè)計管理論文

1、CAN智能節(jié)點設(shè)計管理論文摘要：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(shè)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(guān)鍵詞：CAN智能節(jié)點；MSP430；MCP2510；數(shù)據(jù)通信 引言 總線是控制器局域網(wǎng)（-）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?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，它可將掛接在現(xiàn)場總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)基本的控制、補償、計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化

2、的綜合自動化功能。 總線智能節(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(gòu)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(shù)據(jù)交換；另一方面又可根據(jù)系統(tǒng)的需要對現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)或者傳感器進行控制和數(shù)據(jù)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(shè)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(shè)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(shù)據(jù)采集上報，并接受上位機的命令，進而進行解析以完成對執(zhí)行機構(gòu)的控制。為了調(diào)試簡單，

3、本方案作了一些改動：一是使工作在環(huán)回模式，也就是數(shù)據(jù)由發(fā)送緩存直接發(fā)送到接收緩存，由于不經(jīng)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(diào)試；二是把被控器件的數(shù)據(jù)采集和對執(zhí)行機構(gòu)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(yīng)用。 硬件設(shè)計 本設(shè)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(nèi)含

4、存儲空間。片內(nèi)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(shè)計的復(fù)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(zhuǎn)換、捕獲比較等；另外，它還可以實現(xiàn)的各種中斷。 本設(shè)計中，的作用有兩個：一是對執(zhí)行機構(gòu)的控制以及對輸入模擬量或者開關(guān)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(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖所示。該芯片內(nèi)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

5、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(nèi)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(yīng)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(shù)據(jù)的讀寫。此外，產(chǎn)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(nèi)部數(shù)控的可調(diào)頻率。本設(shè)計直接采用它內(nèi)部的數(shù)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(shè)定也

6、十分方便。實際上，輸出到總線的速率也可通過設(shè)置內(nèi)部寄存器的控制分頻系數(shù)來調(diào)節(jié)。 此外，由于的輸出信號驅(qū)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(yīng)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(nèi)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(shè)計 在進行本系統(tǒng)節(jié)點的軟件設(shè)計前，首先簡要說明一下的指令格式，的條指令如表所列。 表1MCP2510指令格式 指令指令格式說明 復(fù)位11000000使內(nèi)部寄存器復(fù)位,進入配置模式 讀取00000011從寄存器讀取數(shù)據(jù),指令在前,地址隨后 寫入00000010寫數(shù)據(jù)到寄存器,指令在前,地址

7、和數(shù)據(jù)隨后 發(fā)送請求10000nnn對發(fā)送緩存發(fā)送信息進行初始化 狀態(tài)讀取10100000讀取常用狀態(tài)寄存器的某些位數(shù)據(jù) 位修改00000101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(shù)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(chǎn)生硬件觸發(fā)，并在引腳產(chǎn)生低電平輸出。 本設(shè)計的主程序流程圖如圖所示。 上電復(fù)位后，首先完成自身外圍模塊的初始化，其任務(wù)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(shè)置。需要注意的是，只有在配置模式下才可以對控制參數(shù)進行配置，但它在復(fù)位

8、以后就是配置模式。 當(dāng)配置到環(huán)回模式后，將寫數(shù)據(jù)到的發(fā)送緩存并控制其發(fā)送，此后，在接收緩存收到數(shù)據(jù)后，引腳將產(chǎn)生低電平中斷以通知，響應(yīng)中斷后將讀取數(shù)據(jù)，并和發(fā)送的數(shù)據(jù)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(yīng)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(chǎn)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(nèi)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(jié)束語 和的很多實用功能本