CAN總線與PC機串口通信適配器設計與實現
加入技術交流群
CAN總線(Controller AreaNetwork，控制器局域網)具有高性能、高可靠性、高性價比、連接方便、實時性好及其獨特的設計等突出優(yōu)點應用于許多工業(yè)部門，目前已成為比較流行的一種現場總線，廣泛應用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構之間的數據通信。而實際應用中PC機與CAN總線的人機交互設計尤為重要，它直接影響系統(tǒng)的運行和結果，其連接方法也成為系統(tǒng)設計的重點，通常采取3種連接方式：RS-232串行口通信、PCI卡、USB口通信，由于串行通信端口在系統(tǒng)控制領域中一直扮演著極為重要的角色，以其開發(fā)簡單，資源豐富，成本低，無需驅動程序等諸多優(yōu)點，不僅沒有被淘汰，反而在規(guī)格上更先進，故應用廣泛。結合設計中AT89C51單片機有串行通信口且接口簡單的特點，選用RS-232作為CAN總線與PC機之間的連接方式。將就這一基于CAN控制器SJA1000與AT89C51的具有通用性的工業(yè)測控系統(tǒng)設計的軟硬件設計方案作詳細介紹。
CAN總線及CAN控制器SJA1000簡介
CAN總線最初是德國Bosch公司在1986 年為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發(fā)的一種支持分布式實時控制系統(tǒng)的串行數據通訊總線。CAN總線與其它通信網的顯著不同之處在于：
(1)報文傳送中不包含目標地址，它是以全網廣播為基礎，各接收站根據報文中反映數據性質的標識符過濾報文，該收的收下，不收的棄用。其好處是可線上網下網、即插即用和多站接收。
(2)特別強化了對數據安全性的關注，滿足控制系統(tǒng)及其它較高數據要求的系統(tǒng)需求。另外CAN總線采用短幀結構，借助接收濾波的多地址幀傳送，受干擾概率低，每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施。響應遠程數據請求，配置靈活，具有全系統(tǒng)的數據相容性。節(jié)點數主要取決于總線驅動電路，目前最多可達110個節(jié)點。CAN總線符合ISO11898標準，通信速率高，最大傳輸速率可達1Mbit/S，最大傳輸距離為10km，傳輸介質可為雙絞線?；贑AN總線以上的特點，把它應用于系統(tǒng)分布比較分散且需要在同一總線上掛接多個節(jié)點的場合是非常適合的。
目前廣泛流行的CAN總線器件有兩大類：一類是獨立的CAN控制器，如PhilipS公司的PCA82C200，SJA1000及Intel82256/82257等;另一類是帶有在片CAN的微控制器，如P8XC582等。其中Philips公司的PCA82C200是符合CAN2. 0A協議的總線控制器，SJA1000是它的替代產品，它是應用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨立CAN總線控制器。具有完成CAN通信協議所要求的全部特性。經過簡單總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理層和數據鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設計和PCA82C200的基本CAN模式(BasicCAN)兼容。同時，新增加的增強CAN模式( PeliCAN)還可支持CAN2. 0B協議。根據當前市場開發(fā)工具和課題的實際需要，選用SJA1000作為CAN控制器，同時使用了CAN控制器接口芯片PCA82C250。
SJA1000有兩種工作模式：基本模式和增強模式。在基本模式下，SJA1000只可收發(fā)標準數據幀(標準數據幀的標識符為11位)，且錯誤報警的極限值不能修改;在增強模式下，SJA1000既可接收標準數據幀，也可接收擴展數據幀(擴展數據幀的標識符為29位)，可修改錯誤報警的極限值，并且SJA1000具有更加靈活的濾波方式，能夠根據數據幀的標識符有選擇地接收一些數據幀。另外，增強模式下的SJA1000能夠進行自檢，即可通過自發(fā)自收一組報文來判斷該控制節(jié)點是否正常地掛在CAN總線上。使用者所要做的主要工作是SJA1000的初始化，收發(fā)報文的處理以及對節(jié)點脫離總線的檢測量與處理。
RS-232標準
串行通信由于接線少、成本低，在數據采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，1969年，美國電子工業(yè)協會( EIA)公布了RS-232C作為串行通信接口的電氣標準，該標準定義了數據終端設備(DTE)和數據通信設備(DCE)間按位串行傳輸的接口信息，合理安排了接口的電氣信號和機械要求，在世界范圍內得到了廣泛的應用。
系統(tǒng)總體結構原理及設計
該適配器利用RS-232串行通信口及CAN總線進行數據通信，實現上位機與各智能節(jié)點間的通信任務，包括控制臺(上位機)向下傳輸命令和下位機數據的返回，以完成對下層設備的監(jiān)控。圖1為系統(tǒng)結構框圖。PC機通過RS-232與CAN控制器SJA1000通信，實現信息在CAN總線上的發(fā)送與接收。底層各智能節(jié)點根據應用的不同具有不同功能，但都具有與CAN總線通信能力可以上傳數據和接收數據。
CAN總線接口硬件設計
圖2為CAN總線通信接口適配器硬件設計簡圖。
PCA82C250提供對總線的差動發(fā)送和對CAN控制器的差動接收功能，也增大了通信距離，提高了系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾(RFI)，實現了熱防護等功能。
系統(tǒng)軟件設計
軟件設計分PC機Visual BasiC編程和AT89C51單片機C語言編程2部分。
PC機部分
采用VB6. 0編程，這樣界面非常直觀，人機交互效果好。VB提供了具有通訊功能的MSComm. OCX控件，該控件可設置串行通信的數據發(fā)送和接收，對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協議進行設置。MSComm控件提供2種處理通訊的方式：(1)事件驅動通訊，即發(fā)送或接收數據過程中觸發(fā)ONCOMM事件，通過編程訪問CommEvent屬性了解通信事件的類型，分別進行各自的處理；(2)查詢方式，通過檢查CommEvent屬性的值來查詢事件和錯誤。采取查詢方式?？丶﨧SComm是將RS-232的初級操作予以封裝，用戶以高級的BasiC語法即可利用RS-232與外界通信并不需要了解其他有關的初級操作，因此使用方便。
MSComm控件初始化：
MSComm1. CommPort= 2 設置串口2
MSComm1. SettingS=“9600，N，8，1” 設定工作方式
MSComm1. InBufferSize = 10 根據1次傳1個CAN幀，設置輸入緩沖區(qū)大小
MSComm1. InputMode = 1 二進制形式接收
MSComm1. InputLeN= 0 一次讀出輸入緩沖區(qū)中的所有數據
MSComm1. OutBufferSize = 10 輸出緩沖區(qū)大小的設置
MSComm1. OutBufferCount= 0 清空輸出緩沖區(qū)
MSComm1. PortOpeN= True 打開串口
PC機與單片機MSC51之間的通信約定如下：一般情況下PC與多個MSC51單片機系統(tǒng)進行主從式通信，其方案是MSC51采用串口工作方式3，即11位異步接收/發(fā)送方式，有效數據為9位，其中第9位為地址/數據信息的標志位，以此區(qū)分各從機。但現在PC機采用VB編程，其MSComm控件為標準的10位串口通信，包括8位標準數據和數據的起始位和停止位。將單片機串口設為工作方式1，即改為10位異步接收/發(fā)送方式，通訊流程如下：
通訊時首先發(fā)通信開始標志，接著發(fā)送各下位機單片機的地址信號和芯片的片選信號，然后發(fā)送單片機的工作命令字。再往下即進行數據處理，轉入相應的處理功能模塊，最后對數據進行效驗。這個通訊流程非常簡便，實現了PC機與單片機之間的主從式通訊。
評論