1、CAN智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)摘要：CAN 總線是一種流行的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)總線，文中提出了一種基于MSP43C 單片機(jī)，并以 MCP251 為 CAN 空制器的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，該方案利用MSP430通過標(biāo)準(zhǔn)SPI接口可實(shí)現(xiàn)對(duì)MCP2510勺控制， 并能夠完全實(shí)現(xiàn) CAN總線 規(guī)范。關(guān)鍵詞：CAN 智能節(jié)點(diǎn)；MSP430 MCP2510 數(shù)據(jù)通信1引言CAN 總線是控制器局域網(wǎng)（ControllerArea Net - work ）總線的簡(jiǎn)稱，它屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇，是一種能有效支持分布式控制或 實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，它可將掛接在現(xiàn)場(chǎng)總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備 連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，從而實(shí)

2、現(xiàn)基本的控制、補(bǔ)償、計(jì) 算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能。CAN 總線智能節(jié)點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。它位于傳 感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在的現(xiàn)場(chǎng)，一方面和上位機(jī)（PC 或者工控機(jī)）進(jìn)行通信， 以完成數(shù)據(jù)交換；另一方面又可根據(jù)系統(tǒng)的需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者傳感器 進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。它常常將一些簡(jiǎn)單的過程控制程序放在底層模塊中，從 而減少了通信量，提高了系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性。因此，智能化模塊設(shè)計(jì)在 CAN 系統(tǒng)中有著十分重要的作用。本文將給出一種用 MSP430 單片機(jī)和 MCP2510CAN 控制器組成的總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案（見圖 1）,該方案中的單片機(jī)和

3、CAN 控制器 通過標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 接口進(jìn)行通信，因此，該節(jié)點(diǎn)能夠完成對(duì)被控器件的數(shù)據(jù)采 集上報(bào)，并接受上位機(jī)的命令，進(jìn)而進(jìn)行解析以完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。為了 調(diào)試簡(jiǎn)單，本方案作了一些改動(dòng)：一是使 MCP2 5 10 工作在環(huán)回模式，也 就是數(shù)據(jù)由發(fā)送緩存直接發(fā)送到接收緩存，由于不經(jīng)過 CAN 收發(fā)器和 CAN 總線，而只是使用了它的一個(gè)發(fā)送緩存和一個(gè)接收緩存，因而方便了調(diào)試；二 是把被控器件的數(shù)據(jù)采集和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制部分略去，而這些功能在以后可 以方便地添加，這樣，在實(shí)際使用時(shí)，只要對(duì)程序稍作修改就可應(yīng)用。2硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的整個(gè)接口模塊主要由兩部分組成：CAN 控制器 MCP2510 和微

4、控制器MSP430。圖 2 所示是該智能節(jié)點(diǎn)的部分電路硬件原理圖。下 面對(duì)主要部分功能作一介紹。2.1 MSP430F1232 簡(jiǎn)介MSP 4 3 0 系列微控制器是 TI 公司推出的功能強(qiáng)大的超低功耗 16 位 微處理器。它集成了豐富的片上外圍資源，因而開發(fā)方式十分簡(jiǎn)便，可以用 C 語言編寫出效率很高的程序。所選 MSP430F1232 的工作電壓為1.83.6V，內(nèi)含 8kBFLASH 存儲(chǔ)空間。片內(nèi)集成了看門狗定時(shí)器（WTD）、基本時(shí)鐘模塊、US - ART、10 位 ADC、和帶有 3 個(gè)捕獲 /比較器的 16位定時(shí)器，因而片上資源十分豐富，完全可以滿足一般的需 要，同時(shí)減少了設(shè)計(jì)的復(fù)

5、雜度。與其它單片機(jī)相比，MSP4 3 0的 I/O端 口功能更強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)雙向的輸入、輸出，并可完成一些特殊的功能，如 A/D 轉(zhuǎn)換、捕獲比較等；另外，它還可以實(shí)現(xiàn) I/O的各種中斷。本設(shè)計(jì)中，MSP4 3 0 的作用有兩個(gè)：一是對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制以及對(duì)輸 入模擬量或者開關(guān)量的信號(hào)采集；二是利用 UART 模塊通過 SPI 模式與 MCP251 0 通信并控制MCP251 0以實(shí)現(xiàn) CAN 規(guī)范。2.2 MCP2510 簡(jiǎn)介MCP25101 是 Microchip公司推出的功能很強(qiáng)的 CAN控制器芯片，它支持 CAN1.2、2.0A及 2.0B規(guī)范；其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 見圖 3所示。該芯片內(nèi)含 3 個(gè)發(fā)送

6、緩存和 2個(gè)接收緩存， 可以對(duì)發(fā)送優(yōu)先級(jí)進(jìn) 行管理， 可濾除無用信息，MCP2 5 1 0有 6 個(gè)可編程濾波器，而且中斷資 源十分豐富。最可貴的是，它可以通過標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 接口與微控制器進(jìn)行通 信，從而放寬了 MCU 的選擇范圍使得所有單片機(jī)都有接入的可能。MCP251 0 的主要功能是在 MCU 的控制下實(shí)現(xiàn) CAN 規(guī)范，它內(nèi)部 的所有寄存器和控制寄存器都映射到一個(gè)地址表上， MCU 可以使用相應(yīng)的命 令格式通過標(biāo)準(zhǔn)的 SPI接口來完成對(duì) MCP251 0 的初始化、工作狀態(tài)的 控制以及數(shù)據(jù)的讀寫。此外，MCP2 51 0 產(chǎn)生的中斷還可以反饋給 MCU 來處理。2.3系統(tǒng)時(shí)鐘由于 M

7、SP430 的時(shí)鐘頻率決定著指令周期，因而該時(shí)鐘直接影響 SPI 接口的速率。MSP430F1232 有兩個(gè)可選的時(shí)鐘：一是外部低速 32.768kHz 的時(shí)鐘晶體；二是采用內(nèi)部數(shù)控 DCO 的可調(diào)頻率。本設(shè) 計(jì)直接采用它內(nèi)部的數(shù)控 DCO 作為它的主時(shí)鐘 MCLK和 SMCLK，由于 直接工作在 8 0 0 kHz，因而免去了使用晶體。MCP251 0采用標(biāo)準(zhǔn)的 4 MHz 晶體。MSP4 3 0 中 USART 模塊的 CLK可由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻得 到，速率設(shè)定也十分方便。實(shí)際上，MCP2 5 1 0 輸出到總線的速率也可通 過設(shè)置內(nèi)部寄存器的控制分頻系數(shù)來調(diào)節(jié)。此外，由于 MCP2 5 1

8、0的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力不夠，而且與 CAN 總線 物理接口的要求存在很大的差異，所以，在實(shí)際應(yīng)用中必須使用 CAN 收發(fā)器 （如 MCP 2 5 5 1等），它可支持的 CAN速率最高可達(dá) 1 Mbps，而且 容錯(cuò)能力很強(qiáng)。此外，它內(nèi)部還有很強(qiáng)的保護(hù)電路，可以防止總線的其它節(jié)點(diǎn) 對(duì)它的影響。3軟件設(shè)計(jì)在進(jìn)行本系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)前，首先簡(jiǎn)要說明一下 MCP2 5 1 0 的指 令格式，MCP251 0的 5 條指令如表 1 所列。表 1 MCP2510 指令格式指 令指令格式說明復(fù)位 1100 0000 使內(nèi)部寄存器復(fù)位 ,進(jìn)入配置模式讀取 0000 0011 從寄存器讀取 數(shù)據(jù),指令在前,地址隨

9、后寫入 0000 0010 寫數(shù)據(jù)到寄存器 ,指令在前,地址和數(shù) 據(jù)隨后發(fā)送請(qǐng)求 1000 0nnn 對(duì)發(fā)送緩存發(fā)送信息進(jìn)行初始化狀態(tài)讀取 1010 0000 讀取常用狀態(tài)寄存器的某些位數(shù)據(jù)位修改 0000 0101 對(duì)豁口的某幾件位修 改在使用時(shí)，可以把這些指令直接編寫成函數(shù)形式，這樣可使程序簡(jiǎn)練易讀。同時(shí)，發(fā)送請(qǐng)求的硬件觸發(fā)只需把 TXnRTS 置低即可。實(shí)際上，接收 緩存收到信息后也能產(chǎn)生硬件觸發(fā)，并在 TXnRTS引腳產(chǎn)生低電平輸出。本設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖 4 所示。上電復(fù)位后，MSP4 3 0 首先完成自身外圍模塊的初始化，其任務(wù)主要 是選擇時(shí)鐘模塊中的時(shí)鐘、使 USART 模塊工

10、作于 SPI 模式、以及對(duì)看門 狗定時(shí)器的配置等；然后對(duì) MCP2 5 1 0 進(jìn)行初始化，以對(duì)寄存器進(jìn)行設(shè) 置。需要注意的是，MCP2 5 1 0只有在配置模式下才可以對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行 配置，但它在復(fù)位以后就是配置模式。當(dāng)配置 MCP251 0 到環(huán)回模式后，MSP430 將寫數(shù)據(jù)到 MCP2 5 10 的發(fā)送緩存并控制其發(fā)送，此后，在接收緩存收到數(shù)據(jù)后，INT引腳 將產(chǎn)生低電平中斷以通知MSP430，MSP430 響應(yīng)中斷后將讀取數(shù) 據(jù)，并和發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以驗(yàn)證程序的可行性。需要注意的是，無論是 對(duì) MCP251 0的讀還是寫，都必須使它的 CS引腳處于低電平。在實(shí)際應(yīng)用中，MSP4 3 0 和 MCP2 5 1 0都可以進(jìn)入睡眠模式，并 可以由中斷來激活。整個(gè)節(jié)點(diǎn)的主要功能均由中斷子程序來完成，其中的一部 分是 MSP430 自身的中斷 （看門狗定時(shí)器溢出中斷、 SPI 接收發(fā)送中 斷、 ADC 中斷等） ， 另一部分是 MCP25 1 0引起的中斷，這部分中斷資 源十分豐富，包括信息接收發(fā)送中斷、信息錯(cuò)誤中斷、總線激活中斷等。它產(chǎn) 生的所有中斷都能使 INT 引腳為低電平，單片機(jī)在檢測(cè)到這些中斷后，將通過 SPI 接口讀取 MCP251 0 內(nèi)部的中斷標(biāo)志寄存器以判斷是何中斷，然 后再進(jìn)行進(jìn)一步處理。4結(jié)束語MSP 4 3 0