基于ADμC812的CAN總線智能節點的設計
摘要：介紹了一種用單片機ADμC812、CAN總線控制器SJA1000和CAN總線驅動器POA82C250組成的CAN總線智能節點的設計方案，給出了該節點的硬件結構和軟件設計方法，同時介紹了CAN總線的主要特點。１ 引言
ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）總線協議最初是以研發和生產汽車電子產品著稱的德國ＢＯＳＣＨ公司開發的，它是一種支持分布式實時控制系統的串行通信局域網。目前，ＣＡＮ總線以其高性能、高可靠性、實時性等優點，而被廣泛應用于控制系統中的檢測和執行機構之間的數據通信中。ＣＡＮ總線具有以下一些技術特性：
●多主方式工作，采用非破壞性的基于優先權的總線仲裁技術；
●借助接收濾波可實現多地址的幀傳送；
●數據采用短幀結構，抗干擾性強，數據幀的信息ＣＲＣ校驗及其它錯誤檢測措施完善；
●發送期間丟失仲裁或由于出錯而遭破獲的幀可以自動重發；
●嚴重錯誤時可自動關閉總線功能，以使總線其它操作不受影響。
ＣＡＮ總線符合ＩＳＯ１１８９８標準，最大傳輸速率為１ＭＢ／ｓ時?傳輸距離最大為４０ｍ；傳輸速率為５ｋＢ／ｓ時的最大傳輸距離為１０ｋｍ。ＣＡＮ總線的傳輸介質可為雙絞線、同軸電纜等。由于ＣＡＮ總線是一種很有發展前景的現場總線，因此?得到了國際上很多大公司的支持，加之基于ＣＡＮ總線的硬件接口簡單，編程方便，系統容易集成。因此?它特別適用于系統分布比較分散、實時性要求高、現場環境干擾大的場合。
２ 系統結構
由于ＣＡＮ總線采用多主方式工作，所以它具有與ＤＣＳ控制系統不一樣的拓撲結構。其控制系統的構成由計算機和智能節點組成，圖１所示是其系統結構。該系統最大的特點就是所有的節點（包括上位ＰＣ機）都能以平等的地位掛接在總線上。一個ＣＡＮ總線節點通常至少包括三個部分，即負責節點任務控制的單片機、ＣＡＮ總線控制器以及ＣＡＮ總線收發器。本文給出的就是一個可完成數據采集功能的ＣＡＮ節點的設計方法。
３ ＣＡＮ節點的硬件設計
本ＣＡＮ節點的電路原理簡圖如圖２所示。該電路的三個核心器件是單片機ＡＤμＣ８１２?１?、獨立的ＣＡＮ總線控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線驅動器ＰＣＡ８２Ｃ２５０。其中ＳＪＡ１０００?２?和ＰＣＡ８２Ｃ２５０兩者的組合應用已經在很多ＣＡＮ總線節點的設計中用到，而本設計的特點就在于，它是根據要完成數據采集功能這一具體要求來選用微控制器ＡＤμＣ８１２。圖２中的串行接口芯片ＭＡＸ２３２作為ＡＤμＣ８１２與ＰＣ機的串口連接，它的使用是由該單片機的調試特點決定的。
ＡＤμＣ８１２是高度集成、高精度１２位數據采集系統，該產品在其內核中集成了帶有片內可重編程非易失性閃速／電擦除程序存儲器的高性能８位（與８０５１兼容）ＭＣＵ和多通道（８個輸入通道）１２位ＡＤＣ。
由于ＡＤμＣ８１２只需要通過其串口模塊和計算機的串口進行連接，而不需要額外的仿真器，因而可利用ＡＤＩ公司的ＱＵＩＣＫＳＴＡＲＴ軟件來實現程序的在線下載、在線調試和在線仿真，從而極大地提高了工作效率。這也是本設計使用ＭＡＸ２３２的原因。
該系統在工作時，首先將從前面傳感器送來的工業標準信號（４～２０ｍＡ或１～５Ｖ）通過調理電路變為０～２．５Ｖ的模擬電壓信號輸入至ＡＤμＣ８１２的Ｐ０．０～Ｐ０．７ （ＡＤ０～ＡＤ７）引腳（根據實際情況確定所需ＡＤ端口的數量），然后通過程序控制，再將Ａ／Ｄ轉換所得的數字信息通過ＳＪＡ１０００和ＰＣＡ８２Ｃ２５０送到ＣＡＮ總線上的相關節點。
ＳＪＡ１０００作為微控制器的片外擴展芯片，其片選引腳ＣＳ應接在微控制器的Ｐ２．０上，以用于決定ＣＡＮ控制器各寄存器的地址。ＳＪＡ１０００通過ＣＡＮ總線驅動器ＰＣＡ８２Ｃ２５０連接在物理總線上。ＰＣＡ８２Ｃ２５０器件可提供對總線的差動發送能力和對ＣＡＮ控制器的差動接受能力，它同時完全和“ＩＳＯ１１８９８”標準兼容。為進一步提高系統的抗干擾能力，一般在ＣＡＮ總線控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ總線驅動器ＰＣＡ８２Ｃ２５０之間加接６Ｎ１３７光電隔離芯片，只不過在圖２中沒有表示出來。由于通信信號傳輸到導線的端點時會發生反射，而且反射信號會干擾正常信號的傳輸，因此，總線兩端應接有終端電阻Ｒ１、Ｒ２，以消除反射信號，其阻值應當與傳輸電纜的特性阻抗大致相當。
４ ＣＡＮ節點的軟件設計
本節點的軟件編程主要包括Ａ／Ｄ轉換（ＡＤＣ）、ＣＡＮ控制器的初始化、ＣＡＮ總線數據的發送和接收等幾個部分。主程序的流程圖如圖３所示。
下面分別對這幾個主要部分的程序設計做一介紹。
４．１ Ａ／Ｄ轉換部分
筆者在本設計中采用的是單步Ａ／Ｄ轉換模式，并將Ａ／Ｄ轉換結果存入指定的數據存儲區。具體步驟如下：
（１）通過設置ＡＤＣ控制寄存器（ＡＤＣＣＯＮ１和ＡＤＣＣＯＮ２）的值來確定Ａ／Ｄ轉換的工作狀態和采樣通道號；
（２）使能ＡＤＣ中斷，置位ＳＣＯＮＶ位以啟動單步Ａ／Ｄ轉換；
（３）等待響應ＡＤＣ中斷，并進入中斷服務程序；
（４）把采樣所得的數據從ＡＤＣＤＡＴＡＬ和ＡＤＣ-ＤＡＴＡＨ兩個特殊寄存器
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