维普资讯 http://www.cqvip.com 单片机和Ｍ Ｃ Ｐ２５１ ０的 ＣＡＮ息线通信模块设计 ■山东理工大学 杨庆华 张景元 ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）总线，即控制器局域 网。由于具有高性能、高可靠性以及独特的设计，ＣＡＮ总 变得非常简便。 １．１ ＭＯＰ２５１ ０的主要特点 ◇支持ＣＡＮＶ２．０Ａ／Ｂ； ◇具有ＳＰＩ接口，支持ＳＰＩ模式０，０和１，１； ◇内含３个发送缓冲器和２个接收缓冲器，可对其优 先权进行编程； ◇具有６个接收过滤器，２个接收过滤器屏蔽； ◇具有灵活的中断管理能力； 线越来越受到人们的重视。德国的Ｂｏｓｃｈ公司最初为汽 车监控和控制系统设计了ＣＡＮ总线，现在，其应用已面 向过程工业、机械工业、纺织工业、农用机械、机器人、数控 机床、医疗器械及传感器等领域发展。ＣＡＮ总线已经形 成国际标准，并已经公认为是最有前途的现场总线之一。 ＣＡＮ总线规范已经被国际标准化组织制订为国际标准 ＩＳＯ１１８９８，并得到众多半导体器件厂商的支持，推出各种 集成有ＣＡＮ协议的产品。ＣＡＮ总线系统智能节点是网 ◇采用低功耗ＣＭＯＳ工艺技术，其工作电压范围为 ３．Ｏ～５．５ Ｖ，有效电流为５ ｍＡ，维持电流为１０ Ａ； ◇工作温度范围为一４Ｏ～＋１２５℃。 络上报文的接收和发送站，一般由单片机和ＣＡＮ控制器 或二者合二为一组成。 ＭＣＰ２５１０是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生产的一种的可编 １．２结构及工作原理 ＭＣＰ２５１０有ＰＤＩＰ、ＳＯＩＣ和ＴＳＳＯＰ三种封装形式。 程ＣＡＮ控制器芯片。本文将介绍新型的ＣＡＮ通信 控制器ＭＣＰ２５１０，并给出其在ＣＡＮ总线系统智能节点中 图２是ＭＣＰ２５１０的内部结构框图。ＣＡＮ协议机负责与 ＣＡＮ总线的接口，ＳＰＩ接口逻辑用于实现同ＭＣＵ的通 的应用实例。 信，而寄存、缓冲器组与控制逻辑则用来完成各种方式的 设定和操作控制。现结合其工作过程将各部分的功能、原 １ ＭＣＰ２５１０芯片介绍 ＭＣＰ２５１０是一种带有ＳＰＩ接口的ＣＡＮ控制器，ＤＩＰ封 装如图１所示。它支持ＣＡＮ技术规范Ｖ２．０Ａ／Ｂ，能够发 送或接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信 息管理的功能。ＭＣＰ２５１０通过ＳＩ接口与ＭＣＵ进行数据 理作一介绍。 ＣＳ ＳＣＫ ＳＩ Ｓ０ 传输，最高数据传输速率 可达５ Ｍｂｐｓ，ＭＣＵ可通过 ＴＸＣＡＮ ＲＸＣＡＮ ＣＬＫ０ＵＴ ＴＸ０ＲＴＳ ＴＸ１ＲＴＳ ＴＸ２ＲＴＳ ０ＳＣ２ ０ＳＣ１ Ｖｓｓ ＭＣＰ２５１０与ＣＡＮ总线上 的其他ＭＣＵ单元通信。 ＭＣＰ２５１０内含３个发送缓 冲器和２个接收缓冲器， 同时还具有灵活的中断管 理能力，这些特点使得 图２ ＭＣＰ２５１０内部结构框图 （１）收发操作 ＭＣＰ２５１０的发送操作通过３个发送缓冲器来实现。 这３个发送缓冲器各占据１４字节的ＳＲＡＭ。第１字节是 控制寄存器ＴＸＢＮＣＴＲＬ，该寄存器用来设定信息发送的 条件，且给出了信息的发送状态；第２～６字节用来存放标 ＭＣＵ对ＣＡＮ总线的操作 图１ ＭＯＰ２５１０ ＤＩＰ封装 ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｎｒ．ｅｎ（投稿专用） Ｍｉｃｒ。ｃ。ｎｔｒ。１１ｅｒｓ＆Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ３ ５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 新器件新技术 准的和扩展的标识符以及仲裁信息；最后８字节则用来存 息传输采用ＣＡＮ通信协议，通信介质采用双绞线。由于 ＣＡＮ总线是基于发送报文的编码，不对ＣＡＮ控制节点进 行编码，故系统的可扩充性比较好，同时增删ＣＡＮ总线 放待发送的数据信息。在进行发送前，必须先对这些寄存 器进行初始化。 （２）中断管理 ＭＣＰ２５１０有８个中断源，包括发送中断、接收中断、 错误中断及总线唤醒中断等。利用中断使能寄存器 （ＣＡＮＩＮＴＥ）和中断屏蔽寄存器（ＣＡＮＩＮＴＦ）可以方便地 实现对各种中断的有效管理。当有中断发生时，ＩＮＴ引脚 变为低电平并保持在低电平，直到ＭＣＵ清除中断为止。 （３）错误检测 ＣＡＮ协议具有ＣＲＣＦ错误、应答错误、形式错误、位 上的控制节点不会对系统的其余节点造成任何影响。 Ｉ控制台工作站ｌ Ｉ ｌ ｌ ｃＡＮ适配卡ｌ 一 一 ｌ ｌ ｌ 一 一１ 一 Ｉ 一１ 一Ｉ 错误和填充错误等检测功能。ＭＣＰ２５１０内含接收出错计 数器（ＲＥＣ）和发送出错计数器（ＴＥＣ）两个错误计数器。 因而对网络中的任何一个节点来说，都有可能因为错误计 数器的数值不同而使其处于错误一激活、错误一认可和总线 一ＭＴＩ ＪＣＭＡｌ ＰＣ１２０ｌＵ ５１０ｌ Ｊ赣三蓉藩 ）图３ ＣＡＮ总线远程监测系统网络结构 脱离３种状态之一。 节点控制器的ＭＣＵ可选用具有ＳＰＩ接口的微处理 器，也可采用不带ＳＰＩ接口的微处理器。本系统采用的是 不带ＳＰＩ接口的微处理器ＡＴ８９Ｃ５１。ＡＴ８９Ｃ５１可通过 ２ ＭＣＰ２５１０在智能节点中的应用实例 利用ＭＣＰ２５１０和ＣＡＮ总线收发器ＴＪＡ１０５０可构成 一Ｐ１口与ＣＡＮ控制器的ＳＰＩ接口直接相连，并用软件算法 来实现ＳＰＩ接口协议。ＣＡＮ总线收发器ＴＪＡ１Ｏ５Ｏ则作为 个ＣＡＮ总线分布式测控网络。系统可包括一个主控 制器和多个节点控制器，这种节点控制器可对电动机的电 流、电压及周围的温度进行监控，其结构如图３所示。 ＭＣＰ２５１０与物理总线的接口。如果需要进一步提高系统 的抗干扰能力，则可在ＭＣＰ２５１０和ＴＪＡ１０５０之间再加一 个光电隔离器。 这种网络拓扑结构采用了总线式结构和无源抽头连 接，且结构简单、成本低，因而系统的可靠性较高。其信 ＶＣＣ 智能节点电路原理图如图４所示。 ５ ＧＮＤ ＣＡＮＬ ３１ＯＱ ｖｃｃ ｃ舢ｌ ｚ １ｋＱ Ｖ ：本ｌ ５１ＯＱ ＣＣ Ｏ．１ｕＦ ３１０ｆｌ ＭＣＰ２５１Ｏ ＴＸＣＡＮ ＶＤｏ ＲＸＣＡＮ ＲＥＳＥＴ ＣＬＫ０ＵＴ ＣＳ 丰０Ｉ ．１ ÷ ＶＣＣ ＡＤＯ１Ｐ０．９ ＶＣＣ ２０ ＯＥＶＤＤ ＬＥ Ｔ １ｏ０ｐＦ ＣＬＫ ＤＧＮＤ ＣＳ ＶＤＤ ＷＲ ＲＥＦ ＲＤ ＲＥＦＡＤＪ ＨＢＥＮ ＩＮＴ ＳＨＤＮ ＣＨ７ Ｄ７ ＣＨ６ Ｄ６ ＣＨ５ Ｄ５ ＣＨ４ Ｄ４ ＣＨ３ Ｄ３／Ｄｌｌ（’Ｈ２ Ｄ２／Ｄ１Ｏ ＣＨ１ Ｄ１／Ｄ９ ＣＨＯ ＤＯ／Ｄ８ ＡＧＮＤ Ｎ【Ａ）（１９７ Ｔ叉砑 豇丽 ＴＸ２ＲＴＳ ０ＳＣ２ ０ＳＣ１ Ｖ Ｓ０ ｓｌ ＳＣＫ ｎ’ ＲＸＯＢＦ ＲＸ１ＢＦ ＡＤ１、Ｐ０．１ ＡＤ２、Ｐ０．２ ＡＤ３）Ｐ０．３ ＡＤ４１Ｐ０．４ ＡＤ５、Ｐ０．５ ＡＤ６、Ｐ０．６ ＤＯ Ｑ０ Ｄ１ Ｑ１ Ｄ２ Ｑ２ Ｄ３ Ｑ３ Ｄ４ Ｑａ Ｄ５ Ｑ５ Ｄ６ Ｑ６ Ｄ７ Ｏ７ ｌＧＮＤ ７４ＨＣ３７３ ×２ ｘ Ⅺ．ＡＩ，ｌ ＧＮＤ Ａ＝ｒ８９Ｃ５１ 图４智能节点电路原理图 Ｒ ．牵Ｉ者扭ｊ； 入 ： ￣，ｌｌｌ ＂商…ｎＤｔ ｎｆ ｒ＇－告专用、 维普资讯 http://www.cqvip.com 新器件新技术 ２．１ 软件设计 ＭＣＰ２５１０正常工作之前，需要进行正确的初始化， 包括设置ＳＰＩ接口的数据传输速率、ＣＡＮ通信的波特率、 送“数据发送请求命令”以及发送数据。外部中断的中断 处理子程序主要包括ＣＡＮ总线错误处理子程序和数据 援收于程序。 ＭＣＰ２５１０的接收过滤器和屏蔽器以及发送和接收中断允 许标志位等。与ｓＪＡ１０００不同的是，单片机对ＭＣＰ２５１０ 的接收缓冲器和发送缓冲器的操作，必须通过ＳＰＩ接口用 ＭＣＰ２５１０内置读写命令来完成。其读、写命令时序图如 图５和图６所示。 －－、 ２．２ 软件主体设计流程 软件主体设计流程如图７所示。软件设计时需要注 意以下问题： ①因为ＭＣＰ２５１０在初始化完成后处于默认Ｃｏｎｆｉｇ－ ｕｒａｔｉｏｎ模式下，所以就需要在ＭＣＰ２５１０的初始化完后将 厂 其置为Ｎｏｒｍａ１模式，否则ＭＣＰ２５１０将一 直停留在Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ模式下，不能正常进 ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ｏ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２ｏ ２１ ２２ ２３ Ｒｒ ｒ］几几ｎ几几几几几几几几ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ几几几几几几几 行工作。将ＭＣＰ２５１０置Ｎｏｒｍａｌ模式可通 图６ ＳＰｌ写命令时序图 ④在对ＭＣＰ２５１０完成任意操作后，都要延时一段时 间，使其有足够的时间来准备接收下次操作的命令，防止 出现ＭＣＰ２５１０“忙”的情况。 ３ 总 结 ＣＡＮ总线已被公认为是最有前途的几种现场总线之 一。因其性价比高、实现简单等突出优点深受越来越多的 研发人员的青睐。本文的智能节点可联结多个集散控制 系统，其软硬件电路的设计方法同样适合于其他基于 ＣＡＮ总线的分布式控制系统的节点设计。●誓 参考文献 Ｅｌｉ邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计ＥＭ］．北京：北京航 空航天大学出版社，１９９６． Ｅ２］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ＭＣＰ２５１０ ＤａｔａＳｈｅｅｔ，２００２． Ｅ３１王继国，新亚．ＣＡＮ控制器芯片ＭＣＰ２５１０在远程监测系统 中的应用ＥＪ］．电子技术应用，２００４（４）． ［４］蔡美琴，张为民，何金儿，等．ＭＧＳ一５１系列单片机系统及其 图７软件主体设计流程图 应用［Ｍ］．第２版．北京：高等教育出版社，２００４． 本文中ＭＣＰ２５１０主要采取中断模式进行总线数据 的接收和发送。整个系统主序提供两种中断：定时器中 断和外部中断。定时器中断的中断子程序主要负责处理 来自模拟通道ＡＩＮ０￣ＡＩＮ７的Ａ／Ｄ数据，向ＭＣＰ２５１０发 ｍｐｒｆ岔ｍ…ｐｔ ｍｍ ｎ ｒ挪－擅害田、 ＾ …… Ｉ＾． Ｆ ｋ …… ３ ７
