1 CAN總線通信網絡系統
如圖1所示，本設計中通過帶有終端器(120歐電阻)的通信介質(雙絞線)將上位機和底層模塊連接起來。實驗中，終端電阻和雙絞線阻抗的匹配確保了數據信號不會在總線的兩端反射。上位機(主節(jié)點)采用USB—CAN接口適配器(型號GYB507)，使PC機直接通過USB接口就可連入CAN總線網絡，成為一個標準的CAN節(jié)點。配合總線通信測試軟件CANtool的使用，可直接配置PC機的發(fā)送與接收狀態(tài)，通信速率和報文濾波功能等。同時，還可實時監(jiān)測顯示網絡中各從節(jié)點與PC機的數據通信，應用簡單、方便。
2 智能節(jié)點硬件設計
傳統的從節(jié)點設計是將CPU與CAN總線控制器和總線收發(fā)器相連后再連入總線網絡，這樣使CPU外圍電路復雜化，整個系統受外部影響較大。為了解決這一問題，很多單片機廠商都將CAN控制器集成在單片機上。本文中選用C8051F550該單片機，它是內部集成的CAN控制器，完全按照BoshchCAN全功能的CAN模塊實現，符合CAN2．0B協議，工作位速率可達1Mpbs。控制器包含有一個CAN內核，消息緩沖區(qū)，報文處理狀態(tài)機和CAN控制寄存器。通信控制器有32個消息對象，可以配置為發(fā)送或接收數據。輸入數據，消息對象及其標識符存儲在CAN消息緩沖區(qū)中，能實現CAN協議的數據鏈路層的全部功能及物理層大部分功能。CIP-51CPU可通過特殊功能寄存器直接或間接訪問CAN控制寄存器(CANOCN)，測試寄存器(CANOTST)和狀態(tài)寄存器(CANOSTA)。所有其它寄存器只能通過CANOADR，CANODATH和CANOTAL寄存器以地址索引方式間接訪問。
CAN總線的驅動器采用隔離CAN總線收發(fā)器CTM1050，通信速率1Mbps，至少可連接110個節(jié)點。內部集成的電氣輸入級隔離電路，可隔離高達2 500V的直流電壓。輸入級兼容3．3V和5V的CAN控制器，輸出級驅動具有溫度保護，內部TVS管可防止總線過壓功能。與傳統的PCA82C250總線收發(fā)器相比，主要優(yōu)點是無需外加光耦可直接使用，外圍電路簡單，安全，可滿足工業(yè)現場惡劣條件的使用。圖2所示為C805117550與CTM1050的接口電路。
3 智能節(jié)點軟件設計
圖1中三個節(jié)點與上位機的通信方式采用的是節(jié)點1、3與上位機實現點對點通信工作方式。節(jié)點1、3的微處理器C8051F550上電復位后，自動采集模擬電壓信號，通過C8051F550內部集成的12位A／D轉換，將數字量發(fā)送到上位機。上位機實時進行數據監(jiān)控，如果收到的數據出現錯誤，可以通過CANtool軟件，發(fā)送自定義的錯誤數據標識給兩個節(jié)點，兩節(jié)點收到該數據后，停止A／D采樣工作。節(jié)點1、3與節(jié)點2是主從工作方式。當節(jié)點2的開關量有按鍵按下時，1、3節(jié)點將實時采集到的數據在發(fā)送給節(jié)點2，并在節(jié)點2的LCD上顯示。
3．1 初始化CAN控制器
C8051F550上電復位后，控制寄存器CANOCN的INIT位和CCE位置‘1’。允許寄存器初始化并寫入設置信息。需要寫入的寄存器主要包括位定時寄存器和擴展寄存器，命令掩碼寄存器。主要完成時序參數的配置和消息對象的初始化。本設計中，使用晶振頻率為11．05MHz，位定時設置為996．65～1000ns。初始化程序如下：
3．2 CAN中斷服務程序
C8051F550的CAN支持的中斷方式有狀態(tài)中斷和模塊中斷。狀態(tài)中斷方式是在報文成功傳輸或檢測到CAN總線出錯時發(fā)生的。模塊中斷也稱消息中斷。CAN控制器允許用戶按需求配置消息對象成為中斷源。通過設置消息控制寄存器的中斷懸掛位可實現此功能。在CAN中斷寄存器中以最高優(yōu)先級來指向這些掛起的中斷，而不考慮時序。狀態(tài)中斷有最高優(yōu)先級，讀取狀態(tài)寄存器會自動清除狀態(tài)中斷值(8000h)。消息中斷優(yōu)先級是隨消息編號的增加而減小。消息中斷是由清除消息對象的INTPND位來清除的。中斷服務流程圖如圖3所示。
4 結束語
本系統的總線通信網絡已實現三個節(jié)點與上位機的連調，系統軟件采用結構化程序設計方案，使其具有較好的模塊化和可移植性，對于不同的系統功能或不同的應用環(huán)境，可以方便地進行編程重組。
本文設計的CAN總線通信網絡中的主從智能節(jié)點經過試驗調試，硬件電路工作正常，在總線數據采集系統中抗干擾能力強。軟件部分實時性強，準確率高。從節(jié)點可以實時地將信息傳送給主節(jié)點，以便主節(jié)點實時監(jiān)控。整個節(jié)點通信系統工作穩(wěn)定，可以滿足現場環(huán)境要求。
在設計過程中，認識到目前基于CAN2．0B協議的CAN控制器無法為實時和非實時性數據動態(tài)分配優(yōu)先權，基于事件觸發(fā)模式的訪問機制無法滿足眾多節(jié)點的實時訪問。