摘 要：分析了P87C591 这种Philips 公司近期推出的内带CAN 控制器的8 位高性能的微处理器的结构,给出了CAN 定时寄存器的设定,提出了以P87C591 为主构成的CAN 智能节点的硬件框图,并提供了CAN 通信的初始化、发送、接收各部分的程序设计。 关键词：CAN 总线;P87C591 单片机;智能节点;CAN 通信引言目前的测控系统一般以单片机为核心器件,基本具有二方面的功能：一方面是对工业现场各量进行采集、处理、控制;另一方面是通信。 对于
摘 要：分析了P87C591 这种Philips 公司近期推出的内带CAN 控制器的8 位高性能的微处理器的结构,给出了CAN 定时寄存器的设定,提出了以P87C591 为主构成的CAN 智能节点的硬件框图,并提供了CAN 通信的初始化、发送、接收各部分的程序设计。
关键词：CAN 总线;P87C591 单片机;智能节点;CAN 通信
引言
目前的测控系统一般以单片机为核心器件,基本具有二方面的功能：一方面是对工业现场各量进行采集、处理、控制;另一方面是通信。 对于前者,主要要求是要达到测控量的各项技术指标,如精度、速度及合理控制方案的选择与现场的抗干扰处理等。 这些已经历了近20年的开发与应用,技术较成熟,单片机的选择也较广。 对于后者,由于以往没有更好的选择,大都采用主从通信,标准为RS-485。 这种通信方式由于结构网上只能有一个主站,且数据通信为命令响应型,各从节点的通信都必须通过主站点,使得通信在很大程度上依赖主节点,造成网上的数据传输效率低下,且错误处理及抗干扰能力较差。 特别是当从节点多而通信距离远时,更是难以满足工控现场通信的需要。 基于此,本文以一个中小企业的生产现场为例,给出了一种性能优越、结构简单、易于实现的CAN 总线通信的智能节点的设计及通信实现的方法。
CAN总线的主要特点
CAN(Controller Area Network) 是德国Bosch 公司开发的一种有效支持分布式实时控制的串行通信网络,总线最大传输速度可达1Mbit/s (40M以内) ,最大传输距离为10kM(速率为5kbit/s 以下) 。 其主要优点是：
(1) 多主工作方式。 节点之间不分主从,每个节点均可成为主机,向其他节点主动发送信息,而无需都要通过主节点,保持了通信的实时性。
(2) CAN 总线提供了数据帧和远程帧。 2 帧的区别仅是帧信息中的RTR 位的为0或为1 ,这样,任何节点发送数据与“远段请求”命令有了明显的区别,任何节点可通过远程帧主动要求其他节点发送数据、索取信息,而无需等待信息的到来,大大提高了通信的效率。
(3) CAN 协议废除了传统的站地址编码,而代之以对报文的编码。 总线上的报文内容具有优先级的ID 标识符和欲传送的数据长度、数据字节及RTR 位,根据帧格式的不同, ID 可定义为2
11(SFF) 或2
29(EFF) 个不同的编码,利用这种编码,不仅可使不同的节点同时接收到相同的数据,而且便于节点的扩展,对于新挂上总线的节点,CAN 总线只需根据报文的内容进行处理,无需对所有的节点重新编程。
(4) CAN 总线不仅提供了报文的优先级判别技术,还提供了对通信帧数据的CRC 循环冗余校验,并有相应的错误处理。 另外,当网络节点在错误严重的情况下,CAN 具有自动关闭输出、切断与总线的联系,使总线上其他节点不受影响,保证了通信的可靠性。
智能节点单片机的选择性能价格比高是智能节点设计力求的目标,作为核心器件的单片机无论从测控与通讯的角度都希望内含的功能越多越好,这样可减少外扩器件,简化应用系统的硬件设计,有利于系统的小型化及现场的抗干扰。 根据实际需要,选用P8xC591 系列中的P87C591 单片机。 它是PHILIPS 公司继P8xC592 之后近期推出的又一款内带CAN 控制器的8 位高性能的微控制器。 它采用了强大的80C51 指令集并包含了PHILIPS 半导体SJA1000CAN 控制的PeiiCAN 功能。 其结构框图如图1 所示。
图1 P87C591 结构方框图
P87C591 (也可指P8xC591 系列) 为44 引脚,内部有16KB 的程序存储器, 512 字节的RAM,2 个8 位分辨率的脉宽调制输出(PWM) ,6 路逐次逼近式的10位ADC 或快速的8 位ADC(P1.2～P1.7) ,用于带字节的主从功能的I2C总线串口I/O 口(P1.6～P1.7) ,CAN 控制器等。 内部功能较齐全,可设计成在最小数量的器件下满足本节点CAN、模拟量的精度、抗干扰等的要求。
智能节点的硬件设计
