基于MCP2515的CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

摘 要:CAN總線作為現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中。本文設(shè)計了一種基于MCP2515控制芯片的CAN總線網(wǎng)絡(luò);給出了硬件電路圖和軟件系統(tǒng)設(shè)計流程圖，并進(jìn)行了相應(yīng)的說明。

關(guān)鍵詞:CAN總線;MCP2515;通信網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號:TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 12-0078-01

一、引言

CAN(Controller Area Network)總線即控制器局域網(wǎng)總線，具有高性能和高可靠性，成本低，廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能樓宇、醫(yī)療器械、交通工具以及傳感器等領(lǐng)域。微芯公司的MCP2515總線控制器芯片采用標(biāo)準(zhǔn)SPI串行接口，符合CAN 2.0B技術(shù)規(guī)范，編程配置方便，可以使產(chǎn)品快速更新，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

二、MCP2515介紹

MCP2515是獨(dú)立控制器局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制器，完全支持CAN V2.0B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自帶的兩個驗(yàn)收屏蔽寄存器和六個驗(yàn)收濾波寄存器可以過濾掉不想要的報文，因此減少了主單片機(jī)(MCU)的開銷。MCP2515與MCU的連接是通過業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口SPI來實(shí)現(xiàn)的。該器件主要由三個部分組成:

1.CAN模塊，包括CAN協(xié)議引擎、驗(yàn)收濾波寄存器、驗(yàn)收屏蔽寄存器、發(fā)送和接收緩沖器。

2.用于配置該器件及其運(yùn)行的控制邏輯和寄存器。

3.SPI協(xié)議模塊。MCU通過SPI接口與該器件連接。

三、硬件電路設(shè)計

MCP2515的硬件電路圖如圖1所示。MCU通過SPI接口(或者模擬SPI接口)與MCP2515連接，使用INT引腳產(chǎn)生接收、發(fā)送中斷請求，不使用其他同步信息引腳連接;采用16MHz晶振產(chǎn)生工作頻率(最高40MHz);通過光耦器件6N137進(jìn)行隔離，保證MCU端電源與總線電源有效隔離;采用PCA82C250作為總線驅(qū)動器，可以連接最多64個節(jié)點(diǎn)，傳輸速率最高1Mbps。

四、軟件設(shè)計

CAN總線通信模塊的程序包括MCP2515的初始化、節(jié)點(diǎn)自測、通信波特率偵測程序。通信模塊初始化之后即可由CPU的主監(jiān)控程序調(diào)用的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收及其他通信任務(wù)相關(guān)子程序。MCP2515提供了兩種數(shù)據(jù)操作模式，即中斷模式和狀態(tài)查詢模式。由于查詢模式需大量的CPU開銷，所以在實(shí)時要求較高的自動化儀表中常用中斷方式。通信模塊的主流程如圖2所示。

五、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CAN總線網(wǎng)絡(luò)可以包含多個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)具有相同的總線使用權(quán)，可以配置為主機(jī)或從機(jī)，由總線仲裁機(jī)制完成。本系統(tǒng)采用固定主機(jī)和從機(jī)方式，從機(jī)只能向主機(jī)發(fā)送信息，而主機(jī)可以向某個從機(jī)發(fā)送定向信息，也可以向所有從機(jī)發(fā)送廣播信息，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

六、結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了CAN總線控制器MCP2515，給出了硬件連接圖、軟件流程圖和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。MCP2515具有多個屏蔽寄存器，可以設(shè)置多個過濾條件，采用非對稱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得各從機(jī)之間相互獨(dú)立，不會產(chǎn)生任何相互干擾。同時各模塊采用了光耦隔離電路，合理設(shè)置主機(jī)程序，可以實(shí)現(xiàn)從機(jī)的即插即用功能，具有廣闊的實(shí)用價值。

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[基金資助]桂科基LD10065Y