CAN總線智能采集卡的設計與實現

0．引言
控制器局域網CAN（Controller Area Network）作為一種多線路網絡通信系統，以其時分多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發等靈活、可靠的通信技術，及低廉的價格，被廣泛地應用于工業自動化生產線、汽車、傳感器、醫療設備、智能化大廈、電梯控制、環境控制等分布式實時系統。本采集卡采用的是一款Atmel公司新近推出的帶有CAN控制器的微控制器，是一款很有前途的新型芯片，其內部集成CAN控制器，用它來組建CAN總線實時監控系統，與傳統的CAN總線組網方式相比，系統具有結構簡單、設計容易、抗干擾性強等應用優勢。
1．采集卡的功能描述
本采集卡完成的主要功能有:
1）采集溫箱里的溫度數據，并對其進行濾波處理。
2）監視溫度信號的變化情況，實現報警功能。
3）將采集到的數據通過CAN總線傳給上位機及其它節點。
采集卡帶有8279鍵盤/顯示接口，可通過手工或上位機來設定各種采集用的參數。
2．總體組成
智能采集卡主要由單片機系統，8279鍵盤/顯示控制芯片，譯碼驅動電路，LED，按鍵陣列，溫度傳感器DS18B20,光電隔離以及CAN總線物理接口等組成，其硬件組成原理圖見圖1。
采集卡的總體工作流程如下：
采集卡上電復位以后，首先根據默認的參數初始化CAN總線的各個寄存器及DS18B20，然后對8279及顯示LED的狀態進行初始化，接著給T0定時器裝載初值及設置中斷寄存器等。待初始化完成之后，就向主機發送控制幀，要求主機設定采樣周期、發送時間間隔、當前時間、發送主機地址、本機標識符等參數。設定完之后，就根據不同的狀態進入到不同的中斷服務程序中。
數據類型根據傳輸方向可分為上行數據（采集卡→主機）和下行數據（主機→采集卡）。
上行數據主要是采集卡采集到的溫度數據。它的處理主要經過以下幾個步驟：T89C51CC01對溫度傳感器DS18B20執行一個其RAM存儲器操作命令完成一次溫度測量。測量結果放在DS18B20的暫存器里，然后CPU用一條讀暫存器內容的存儲器操作命令將暫存器中數據讀出，存放在數據存儲區中。到滿足發送條件之后，短數據直接形成幀送到發送緩沖區，超過幀長的數據則要經過分解，打包后再送入CAN總線控制器發送緩沖區。CAN控制器通過CAN物理接口向CAN總線發送數據，總線的所有節點都偵聽該數據，但并非所有節點都接收此數據，只有通過接收濾波的節點才接收此數據。采集卡的數據主要是發送給主機、監控節點和相關的控制節點。當采集卡采集到的溫度數據超過報警上限、報警下限或變化速率過快的時候，采集卡還通過CAN控制器向主機發送報警信息。
下行數據主要是主機向采集卡發送的各種控制信息。雖然采集卡可以接收任何節點的信息，但它主要起的是智能傳感器的作用，所以一般只接收主機來的各種控制信息?？刂菩畔⑼ㄟ^CAN物理接口進入到CAN控制器的接收緩沖器中，采集卡根據幀類型來區分不同的控制幀并設定相應的參數，并進行相應的接收、發送處理。

3．硬件具體組成描述
1）核心CPU ―T89C51CC01
T89C51CC01主要具有以下特性：其片內具有8051內核，具有1個CAN控制器， 8路模擬量輸入的10位ADC變換器，可在系統編程的32K字節Flash程序存儲器，2K字節程序加載Flash程序存儲器，256字節RAM，1K字節XRAM和2K字節E2PROM數據存儲器，一個21位看門狗定時器。該微控制器基于高性能的靜態結構設計，采用先進的CMOS制造工藝，包含5個端口34根雙向I/O線，3個16位定時/計數器、14個中斷源4級嵌套中斷結構、1個全雙工UART、其提供很寬的操作頻率范圍，支持12時鐘和6時鐘操作。另外，使用者可利用片上Boot加載程序，通過CAN或UART接口對該控制器進行在系統或在應用編程。
T89C51CC01的最顯著的一個特點是內部集成強大功能的CAN控制器。該控制器支持CAN2.Ａ和CAN 2.B協議,通過報文對象頁寄存器管理15個獨立的報文對象.每個報文對象可分別編程為發送、接收或緩沖接收的報文，并可通過標識符寄存器和標識符屏蔽寄存器來設置11位或29位標識符和標識符屏蔽碼來確定報文對象的優先級，以及CAN控制器對該報文對象是否接收或拒絕。其通信的波特率可根據實際通信距離和需要對位定時寄存器進行設定，最大波特率可達1Mbps。T89C51CC01的結構圖如圖2所示。其P0口為8位并行I/O口，將P0.0與DS18B20連接, P4.0（TxDC）和P4.1（RxDC）與82C250連接。P3.4（T0）、P3.5（T1）和P1.0（T2）是T89C51CC01內部定時器的引腳，P3.2（INT0）和P3.3（INT1）是T89C51CC01的外部中斷引腳、低電平有效。

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