基于單片機和MCP2510的CAN總線通信模塊的設計

1 前言

CAN（Controller Area Network）總線，即控制器局域網。由于具有高性能、高可靠性以及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視。德國的Bosch公司最初為了汽車監控和控制系統設計了CAN總線，現在，其應用范圍已面向過程工業、機械工業、紡織工業、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及傳感器等領域發展。CAN 總線已經形成國際標準，并已經被公認為最有前途的現場總線之一。CAN總線規范已經被國際標準化組織制訂為國際標準ISO11898,并得到眾多半導體器件廠商的支持，推出各種集成有CAN協議的產品。CAN總線系統智能節點是網絡上報文的接收＆發送站，一般由單片機和CAN控制器或二者合二為一組成。 MCP2510是MicroChip成產的一種獨立的可編程CAN控制器芯片。本文將介紹新型的獨立CAN通信控制器MCP2510,并給出在CAN總線系統智能節點中的應用實例。

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(7) 工作溫度范圍為-40～+125℃。

2.3 結構及工作原理

圖2是MCP2510的內部結構框圖，其中CAN協議機負責與CAN總線的接口，SPI接口邏輯用于實現同MCU的通訊，而寄存、緩沖器組與控制邏輯則用來完成各種方式的設定和操作控制。現結合其工作過程將各部分的功能、原理作一介紹。

（1）收發操作

MCP2510的發送操作通過三個發送緩沖器來實現。這三個發送緩沖器各占據14個字節的SRAM。第一字節是控制寄存器TXBNCTRL，該寄存器里的內容設定了信息發送的條件，且給出了信息的發送狀態；第二至第六字節用來存放標準的和擴展的標識符以及仲裁信息；最后八個字節則用來存放待發送的數據信息。在進行發送前，必須先對這些寄存器進行初始化。

（2）中斷管理

MCP2510有8個中斷源，包括發送中斷、接收中斷、錯誤中斷及總線喚醒中斷等。利用中斷使能寄存器CANINTE和中斷屏蔽寄存器CANINTF可以方便地實現對各種中斷的有效管理。當有中斷發生時，INT引腳變為低電平并保持在低電平，直到MCU清除中斷為止。

（3） 錯誤檢測

CAN協議具有CRCF錯誤、應答錯誤、形式錯誤、位錯誤和填充錯誤等檢測功能。MCP2510內含接收出錯計數器（REC）和發送出錯計數器（TEC）兩個錯誤計數器。因而對于網絡中的任何一個節點來說，都有可能因為錯誤計數器的數值不同而使其處于錯誤-激活、錯誤-認可和總線-脫離三種狀態之一

3 MCP2510在智能節點中的應用實例

利用MCP2510和CAN總線收發器TJA1050可構成一個CAN總線分布式測控網絡。系統可包括一個主控制器和多個節點控制器，這種節點控制器可對電動機的電流，電壓及周圍的溫度進行監控，其結構如圖3所示。

這種網絡拓撲結構采用了總線式結構，且結構簡單、成本低，采用無源抽頭連接。因而系統的可靠性較高。其信息傳輸采用CAN通信協議，通信介質采用雙絞線。由于CAN總線是基于發送報文的編碼，它不對CAN控制節點進行編碼，故系統的可擴充性比較好，同時增刪CAN總線上的控制節點不會對系統的其余節點造成任何影響。

節點控制器的MCU可選用具有SPI接口的微處理器，也可采用不帶SPI接口的微處理器。本系統采用的是不帶SPI接口的微處理器 AT89c51，AT89c51可通過P1口與CAN控制器的SPI接口直接相連，并用軟件算法來實現SPI接口協議。CAN總線收發器TJA1050則作為MCP2510與物理總線的接口。如果需要進一步提高系統的抗干擾能力，可在MCP2510和82C250之間再加一個光電隔離器。