帶有SPI接口的獨(dú)立CAN控制器MCP2515

CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)

的設(shè)計(jì)與應(yīng)用第5章帶有SPI接口的獨(dú)立CAN控制器MCP2515MCP2515簡介MCP2515是Microchip生產(chǎn)的一款獨(dú)立CAN控制器，完全支持CANV2.0B技術(shù)規(guī)范。該器件能發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀以及遠(yuǎn)程幀。MCP2515自帶的兩個(gè)驗(yàn)收屏蔽寄存器和六個(gè)驗(yàn)收濾波寄存器，減少了單片機(jī)的開銷。

MCP2515通過SPI總線與單片機(jī)的的連接。本章主要介紹MCP2515獨(dú)立CAN控制器的外圍引腳，內(nèi)部寄存器和相關(guān)的SPI指令，并介紹基于PIC16F877A單片機(jī)和MCP2515獨(dú)立CAN控制器的CAN節(jié)點(diǎn)的開發(fā)和MCP2515的初始化、發(fā)送、接收程序的編寫CAN獨(dú)立控制器MCP2515特性完全支持CAN總線V2.0A和V2.0B技術(shù)規(guī)范0~8字節(jié)報(bào)文長度；標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀；可編程位傳輸速率可達(dá)lMbps；支持遠(yuǎn)程幀：兩個(gè)接收緩沖器，可優(yōu)先儲(chǔ)存報(bào)文；6個(gè)完全驗(yàn)收濾波器；2個(gè)完全驗(yàn)收屏蔽濾波器；3個(gè)發(fā)送緩沖器，具有優(yōu)先級(jí)設(shè)定以及發(fā)送中止功能用于自檢的環(huán)回模式。CAN獨(dú)立控制器MCP2515特性硬件特性高速SPl接口；支持0.0和I.1SPI模式；帶有可編程預(yù)分頻器的時(shí)鐘輸出引腳；帶有可選擇使能設(shè)定的，中斷輸出引腳：“緩沖器滿”輸出引腳可配置為各接收緩沖器的中斷引腳或通用數(shù)寧輸出引腳?！罢?qǐng)求發(fā)送”輸入引腳可配置為發(fā)送緩沖器的控制引腳，用以請(qǐng)求立即發(fā)送報(bào)文或配置為通用數(shù)字輸出引腳；．低功耗休眠工作模式。MCP2515控制器概述MCP2515控制器概述CAN模塊的功能是處理所有CAN總線上的報(bào)文接收和發(fā)送?？刂七壿嬐ㄟ^與其它模塊連接，控制邏輯模塊控制MCP2515的設(shè)置和運(yùn)行，以便傳輸信息與控制。單片機(jī)通過SPI接口與MCP2515連接。使用標(biāo)準(zhǔn)的SPI讀/寫指令以及專門的SPI命令來讀/寫所有的寄存器和完成相應(yīng)的控制操作。MCP2515引腳介紹MCP2515引腳介紹MCP2515引腳介紹發(fā)送/接收緩沖器

MCP2510具有3個(gè)發(fā)送緩沖器和2個(gè)接收緩沖器，2個(gè)驗(yàn)收屏蔽寄存器(分別對(duì)應(yīng)不同的接收緩沖器)，以及6個(gè)驗(yàn)收過濾寄存器。CAN報(bào)文幀標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀CAN報(bào)文幀擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀仲裁字段的前11位為29位標(biāo)識(shí)符的最有效位(基本ID)。緊隨這11位的是替換遠(yuǎn)程請(qǐng)求(SRR)位，定義為隱性狀態(tài)。SRR位之后是IDE位，該位隱性時(shí)表示這是擴(kuò)展的CAN幀。CAN報(bào)文幀遠(yuǎn)程幀錯(cuò)誤幀主動(dòng)錯(cuò)誤幀消極錯(cuò)誤幀過載幀與主動(dòng)錯(cuò)誤幀格式一樣，但是其只出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀之間。幀空間寄存器映射表CANCTRL控制寄存器REQOP<2:0>：請(qǐng)求工作模式的位

000=設(shè)定為正常工作模式

001=設(shè)定為休眠模式

010=設(shè)定為環(huán)回模式

011=設(shè)定為僅監(jiān)聽模式

100=設(shè)定為配置模式REQOP位不應(yīng)設(shè)置為其他值，因?yàn)檫@些值都是無效的。注：上電時(shí)，REQOP=b’111’CANCTRL控制寄存器ABAT：中止所有當(dāng)前報(bào)文發(fā)送的位

1=請(qǐng)求中止所有當(dāng)前報(bào)文發(fā)送的緩沖器

0=終止對(duì)所有報(bào)文發(fā)送中止的請(qǐng)求OSM：單觸發(fā)模式位

1=使能。報(bào)文僅嘗試發(fā)送一次

0=禁止。如有需要，報(bào)文會(huì)重新發(fā)送。CLKEN：CLKOUT引腳使能位

1=CLKOUT引腳使能

0=CLKOUT引腳禁止（引腳處于高阻態(tài)）CLKPRE<1:0>：CLKOUT引腳預(yù)分頻比位

00=FCLKOUT=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/1 01=FCLKOUT=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/2 10=FCLKOUT=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/4 11=FCLKOUT=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/8CANSTAT狀態(tài)寄存器OPMOD：工作模式位<2:0> 000=器件處于正常工作模式

001=器件處于休眠模式

010=器件處于環(huán)回模式

011=器件處于僅監(jiān)聽模式

100=器件處于配置模式CANSTAT狀態(tài)寄存器ICOD：中斷標(biāo)志代碼位<2:0>000=無中斷001=出錯(cuò)中斷010=喚醒中斷011=TXB0中斷100=TXB1中斷101=TXB2中斷110=RXB0中斷111=RXB1中斷工作模式配置模式復(fù)位后進(jìn)入配置模式，所有錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器被清零正常模式睡眠模式SPI口仍工作，允許訪問任何寄存器；喚醒后處于監(jiān)聽模式監(jiān)聽模式錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器被復(fù)位并設(shè)置為無效環(huán)回模式自收發(fā)，多用于調(diào)試配置模式MCP2515在正常運(yùn)行之前必須進(jìn)行初始化。只有在配置模式下，才能對(duì)器件進(jìn)行初始化。在上電或復(fù)位時(shí)器件會(huì)自動(dòng)進(jìn)入配置模式，或通過CANTRL.REQOP位設(shè)置成“100”也可使器件從任何模式進(jìn)入配置模式。當(dāng)進(jìn)入配置模式時(shí)，所有錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器都被清零。只有在配置模式下，才能對(duì)以下寄存器進(jìn)行修改

CNF1、CNF2和CNF3TXRTSCTRL

驗(yàn)收過濾寄存器驗(yàn)收屏蔽寄存器休眠模式MCP2515具有內(nèi)部休眠模式，使器件功耗最少。即使MCP2515處于休眠模式，SPI接口仍然保持正常的讀操作，以允許訪問器件內(nèi)的所有寄存器。當(dāng)處于內(nèi)部休眠模式時(shí)，喚醒中斷仍然工作（如果被使能）。因此，可將MCU置于休眠模式，在檢測到總線上有活動(dòng)時(shí)，就喚醒MCP2515。處于休眠模式時(shí)，MCP2515內(nèi)部振蕩器停止工作。當(dāng)總線發(fā)生活動(dòng)或MCU通過SPI接口將CANINTF.WAKIF位置1來“產(chǎn)生”喚醒嘗試（CANINTE.WAKIE位也必須置1以便產(chǎn)生喚醒中斷）時(shí)，將喚醒MCP2515。當(dāng)MCP2515處于休眠模式時(shí)，TXCAN引腳保持隱性狀態(tài)。復(fù)位

MCP2515有兩種復(fù)位方式：硬件復(fù)位——RESET引腳為低電平。SPI復(fù)位——通過SPI命令復(fù)位。振蕩器錯(cuò)誤檢測當(dāng)產(chǎn)生CRC錯(cuò)誤，確認(rèn)（應(yīng)答）錯(cuò)誤，格式錯(cuò)誤和填充錯(cuò)誤時(shí)，除了改變錯(cuò)誤寄存器的值以外，報(bào)文將重新發(fā)送。在總裁階段不進(jìn)行位錯(cuò)誤檢修。當(dāng)發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)誤時(shí)，將根據(jù)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的錯(cuò)誤幀，主動(dòng)錯(cuò)誤幀將破壞數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的發(fā)送。節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤狀態(tài)

主動(dòng)錯(cuò)誤。被動(dòng)錯(cuò)誤?？偩€關(guān)閉（僅發(fā)送器）錯(cuò)誤相關(guān)寄存器TEC——發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器REC——接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器

EFLG——錯(cuò)誤標(biāo)志寄存器EFLG寄存器RX1OVR：接收緩沖器1溢出標(biāo)志位RX0OVR：接收緩沖器0溢出標(biāo)志位TXBO：總線關(guān)閉錯(cuò)誤標(biāo)志位當(dāng)TEC達(dá)到255時(shí)，該位置1;-當(dāng)成功接收到總線恢復(fù)序列時(shí)復(fù)位

TXEP：發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志位RXEP：接收被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志位TXWAR：發(fā)送錯(cuò)誤警告標(biāo)志位RXWAR：接收錯(cuò)誤警告標(biāo)志位bit0EWARN：錯(cuò)誤警告標(biāo)志位當(dāng)TEC或REC大于等于96時(shí)（TXWAR或RXWAR=1）時(shí)，該位置1當(dāng)TEC和REC同時(shí)小于96時(shí)復(fù)位中斷MCP2515有八個(gè)中斷源。CANINTE寄存器包含了使能各中斷源的中斷使能位。CANINTF寄存器包含了各中斷源的中斷標(biāo)志位。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，INT引腳將被MCP2515拉為低電平，并保持低電平狀態(tài)直至MCU清除中斷。中斷只有在引起相應(yīng)中斷的條件消失后，才會(huì)被清除。建議在對(duì)CANINTF寄存器中的標(biāo)志位進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，采用位修改命令而不要使用一般的寫操。這是為了避免在寫命令執(zhí)行過程中無意間修改了標(biāo)志位，進(jìn)而導(dǎo)致中斷丟失。CANSTAT.ICOD（中斷代碼）位的編碼反映等待處理的中斷源。如果同時(shí)發(fā)生多個(gè)中斷，INT引腳將保持低電平狀態(tài)直至MCU復(fù)位所有中斷。CANINTF——中斷標(biāo)志寄存器

1=有等待處理的中斷（必須由MCU清零才可使中斷復(fù)位）

0=無等待處理的中斷MERRF：報(bào)文錯(cuò)誤中斷標(biāo)志位

WAKIF：喚醒中斷標(biāo)志位ERRIF：錯(cuò)誤中斷標(biāo)志位（EFLG寄存器中有多個(gè)中斷源）TX2IF：發(fā)送緩沖器2空中斷標(biāo)志位TX1IF：發(fā)送緩沖器1空中斷標(biāo)志位TX0IF：發(fā)送緩沖器0空中斷標(biāo)志位RX1IF：接收緩沖器1滿中斷標(biāo)志位RX0IF：接收緩沖器0滿中斷標(biāo)志位CANINTE——中斷使能寄存器1=報(bào)文接收或發(fā)送期間發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)中斷0=禁止MERRE：報(bào)文錯(cuò)誤中斷使能位bit6WAKIE：喚醒中斷使能位ERRIE：錯(cuò)誤中斷使能位（EFLG寄存器中有多個(gè)中斷源）TX2IE：發(fā)送緩沖器2空中斷使能位TX1IE：發(fā)送緩沖器1空中斷使能位TX0IE：發(fā)送緩沖器0空中斷使能位RX1IE：接收緩沖器1滿中斷使能位RX0IE：接收緩沖器0滿中斷使能位位定時(shí)位定時(shí)位定時(shí)CONF1CONF2CONF3報(bào)文接收?qǐng)?bào)文接收?qǐng)?bào)文接收緩沖MCP2515具有兩個(gè)全接收緩沖器。每個(gè)接收緩沖器配備有多個(gè)驗(yàn)收濾波器。除上述專用接收緩沖器外，MCP2515還具有單獨(dú)的報(bào)文集成緩沖器（MAB），可作為第三個(gè)接收緩沖器。MAB對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行組合，并將滿足驗(yàn)收濾波器條件的報(bào)文傳送至RXBn緩沖器。

接收優(yōu)先級(jí)RXB0是具有較高優(yōu)先級(jí)的緩沖器。接收到的報(bào)文首先在RXB0中進(jìn)行屏蔽濾波。RXB1是優(yōu)先級(jí)較低的緩沖器。報(bào)文除了首先在RB0中進(jìn)行屏蔽濾波外，由于RB0的驗(yàn)收濾波寄存器數(shù)量較少，因此RB0接受匹配條件更為嚴(yán)格，表明RB0具有較高的優(yōu)先級(jí)。報(bào)文接收滾存對(duì)RXB0CTRL寄存器進(jìn)行配置，如果RXB0已包含一條有效報(bào)文并且接收到另一條有效報(bào)文，不會(huì)發(fā)生溢出錯(cuò)誤，新的報(bào)文會(huì)滾存到RXB1而不管RXB1是何種驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。接收標(biāo)志/中斷當(dāng)報(bào)文傳送至某一接收緩沖器時(shí)，與該接收緩沖器對(duì)應(yīng)的CANINTF.RXnIF位將置1。一旦緩沖器中的報(bào)文處理完畢，MCU就必須將該位清零以接收下一條報(bào)文。

該控制位提供的鎖定功能確保MCU尚未處理完上一條報(bào)文前，MCP2515不會(huì)將新的報(bào)文載入接收緩沖器。報(bào)文接收?qǐng)?bào)文接收

起始幀信號(hào)使能之后，一旦RXCAN引腳檢測到任一CAN報(bào)文開始，起始幀信號(hào)便會(huì)在SOF引腳上產(chǎn)生。RXCAN引腳監(jiān)控空閑總線上出現(xiàn)的從隱性位到顯性位的變化邊沿。如果顯性條件始終保持直至采樣點(diǎn)發(fā)生，MCP2515視之為SOF信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)SOF脈沖。如果顯性條件沒有保持到采樣點(diǎn)便發(fā)生，MCP2515視之為總線干擾，不產(chǎn)生SOF信號(hào)。

對(duì)于單觸發(fā)工作模式，SOF信號(hào)的一個(gè)用途是用于TTCAN(是CAN總線的一種高層協(xié)議,其通信是基于時(shí)間觸發(fā)的,適用于安全相關(guān)的場合)系統(tǒng)。另外，通過監(jiān)控RXCAN引腳和SOF引腳，MCU能夠檢測到總線上出現(xiàn)的小干擾，從而在它們影響CAN通訊之前發(fā)現(xiàn)早期總線物理故障。報(bào)文接收多濾波器匹配如果接收?qǐng)?bào)文符合一個(gè)以上濾波寄存器的接受條件，F(xiàn)ILHIT位中的二進(jìn)制代碼將反映其中編號(hào)最小的濾波寄存器。例如，如果濾波器RXF2和RXF4同時(shí)與接收?qǐng)?bào)文匹配，F(xiàn)ILHIT中將裝載RXF2編碼值。

編號(hào)較小的驗(yàn)收濾波寄存器有較高的優(yōu)先級(jí)。接收?qǐng)?bào)文將按照編號(hào)升序依次與濾波寄存器進(jìn)行匹配比較。這意味著RXB0的優(yōu)先級(jí)比RXB1高。報(bào)文接收?qǐng)?bào)文發(fā)送發(fā)送緩沖器MCP2515采用三個(gè)發(fā)送緩沖器。發(fā)送優(yōu)先級(jí)具有較高優(yōu)先級(jí)的發(fā)送緩沖器將首先發(fā)送。如果兩個(gè)緩沖器的優(yōu)先級(jí)相同，則編號(hào)較高的發(fā)送緩沖器將優(yōu)先發(fā)送。TXnRTS引腳

TXnRTS為輸入引腳，可配置為：請(qǐng)求發(fā)送輸入引腳，作為啟動(dòng)任一發(fā)送緩沖器中報(bào)文發(fā)送的備用方法標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸入引腳報(bào)文發(fā)送發(fā)送啟動(dòng)通過將TXBnCTRL.TXREQ位置1，可以啟動(dòng)相應(yīng)緩沖器的報(bào)文發(fā)送。它可以按如下方式設(shè)定：*利用SPI寫命令寫寄存器*發(fā)送SPIRTS命令*將要發(fā)送報(bào)文的發(fā)送緩沖器的TXnRTS引腳置為低電平通過SPI接口啟動(dòng)報(bào)文發(fā)送后，可以同時(shí)將TXREQ位和TXP優(yōu)先級(jí)控制位置1。當(dāng)TXBnCTRL.TXREQ位置1后，TXBnCTRL.ABTF、TXBnCTRL.MLOA和TXBnCTRL.TXERR位都將被自動(dòng)清零。報(bào)文發(fā)送發(fā)送中止清除與特定發(fā)送緩沖器對(duì)應(yīng)的TXBnCTRL.TXREQ位來中止某條報(bào)文的發(fā)送。也可通過設(shè)置CANCTRL.ABAT位以中止所有等待發(fā)送的報(bào)文。

如果CANCTRL.ABAT位被置位則所有報(bào)文中止發(fā)送。若用戶要繼續(xù)報(bào)文發(fā)送，則必須對(duì)該