基于AT91RM9200的CAN智能節(jié)點設(shè)計 2011-04-26 09:26:58來源:互聯(lián)網(wǎng)
　　 近年來工業(yè)測控系統(tǒng)從傳統(tǒng)的集中測量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化的集散控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)高速發(fā)展和標準化程度的不斷提高，以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)的開放型集散測控系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。總線是控制器局域網(wǎng)(controller area network，CAN)屬于現(xiàn)場總線范疇，是一種能有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，可將掛接在現(xiàn)場總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進一步構(gòu)成集散測控系統(tǒng)。CAN智能節(jié)點位于傳感器和執(zhí)行機構(gòu)所在的現(xiàn)場，在集散控制系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。一方面，它必須和上位機進行通信，以完成數(shù)據(jù)交換；另一方面，它根據(jù)系統(tǒng)的需要以完成測量與控制的功能。因此，CAN智能節(jié)點的設(shè)計在工業(yè)集散測控系統(tǒng)中有著十分重要的作用。本文將提出一種基于ARM9處理器AT91RM9200和CAN控制器MCP25lO構(gòu)建的CAN智能節(jié)點的設(shè)計方案，并介紹了該方案的軟硬件設(shè)計及調(diào)試方法。
1 硬件設(shè)計
CAN智能節(jié)點的設(shè)計涉及2個方面：需要實現(xiàn)的功能；如何實現(xiàn)CAN通信。因此本文基于AT91RM9200和MCP2510提出的CAN智能節(jié)點的設(shè)計框架如圖1所示。在此首先介紹主要芯片的特性，然后再說明智能節(jié)點的設(shè)計原理。

點擊看大圖

1．1 芯片特性
AT91RM9200是Atmel公司生產(chǎn)的一款A(yù)RM9處理器，它是完全圍繞ARM920T ARM Thumb處理器構(gòu)建的系統(tǒng)。它有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)及標準的接口，從而為低功耗、低成本、高性能的計算機寬范圍應(yīng)用提供一個單片解決方案。
MCP2510是由美國微芯科技有限公司(MicrochipTechnology Inc．)生產(chǎn)的一款帶SPI接口的CAN協(xié)議控制器，完全支持CAN總線V2．0A／B技術(shù)規(guī)范；能夠發(fā)送和接收標準和擴展報文，通信速率最高可達1 Mb／s，同時具備驗收過濾以及報文管理功能；通過SPI接口與MCU進行通信，最高數(shù)據(jù)傳輸速率高達5 Mb／s；包含3個發(fā)送緩沖器和2個接收緩沖器，還具有靈活的中斷管理能力。所有這些特點使得MCU對CAN總線的操作變得非常簡單。PCA82C250是由Philips半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款CAN收發(fā)器，是CAN協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。它可以用高
達l Mb／s的位速率在2條有差動電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)。
1．2 設(shè)計原理
本文將CAN智能節(jié)點需要實現(xiàn)的功能統(tǒng)稱為功能模塊。由于AT91RM9200處理器具有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)及標準的接口，因此根據(jù)應(yīng)用的需要很容易就可實現(xiàn)功能模塊的擴展。本文著重說明AT91RM9200處理器如何實現(xiàn)CAN總線的擴展。
AT91RM9200處理器提供4個SPI接口。其中MOSI(主機輸出從機輸入)、MISO(主機輸入從機輸出)、SPCK(串行時鐘)3個引腳信號由4個SPI接口共用；而4個片選信號NPCSO，NPCSl，NPCS2，NPCS3則用于分別選通4個SPI接口。而CAN控制器MCP2510的SPI接口引腳定義：SI(數(shù)據(jù)輸入)、SO(數(shù)據(jù)輸出)、SCK(時鐘輸入)、CS(片選輸入)。該設(shè)計將AT91RM9200第二個SPI接口與MCP2510的SPI接口相連(MOSI←→SI，MIS0←→SO，SPCK←→SCK，NPCSl←→CS)，從而建立了它們之間通信的橋梁。同時將MCP2510芯片的中斷輸出引腳INT與AT91RM9200芯片的中斷輸入引腳IRQ5相連，從而可將MCP2510芯片產(chǎn)生的中斷(包括發(fā)送、接收、報文錯誤、總線活動喚醒、錯誤等中斷)事件通知AT91RM9200處理器，讓其作出相應(yīng)的處理。

CAN控制器MCP2510可以通過串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳(TXCAN)和串行數(shù)據(jù)接收引腳(RXCAN)直接連接到CAN收發(fā)器PCA82C250。該設(shè)計為了實現(xiàn)MC-P2510與PCA82C250之間的電流隔離，在它們之間放置了2個光耦。然而，在協(xié)議控制器和收發(fā)器之間使用光耦，通常會增加總線節(jié)點的循環(huán)延遲。光耦6N137的典型傳播延時為60 ns，比較適合傳輸速率小于等于125 Kb／s時的中低速應(yīng)用場合；而在傳輸速率在125 Kb／s～1 Mb／s的高速應(yīng)用場合中，應(yīng)考慮使用傳播延時小于40 ns的高速光耦，如HCPL-7101。
CAN收發(fā)器PCA82C250通過有差動發(fā)送和接收功能的2個總線終端CANH和CANL連接到總線電纜。PCA82C250的輸入引腳Rs通過外接電阻Rext到地，可以選擇3種不同的工作模式。第1種是高速模式，支持最大的總線速度和／或長度；第2種是斜率模式，其輸出轉(zhuǎn)換速度可故意降低以減少電磁輻射；第3種是準備模式，其在電池供電并對功耗消耗非常低的應(yīng)用非常適合。該設(shè)計將PCA82C250的引腳RS外接阻值為47 kΩ的電阻，從而使它工作在斜率模式，這樣可以使用非屏蔽的總線電纜，降低系統(tǒng)的成本。但總線信號轉(zhuǎn)換速率被故意減低了，因此該設(shè)計只能應(yīng)用在傳輸速率小于等于125 Kb／s時的中低速應(yīng)用場合，相應(yīng)光耦選擇6N137即可。
2 軟件設(shè)計
CAN智能節(jié)點軟件設(shè)計主要包括2個方面：CAN通信和CAN節(jié)點功能模塊的軟件設(shè)計。CAN節(jié)點功能模塊軟件的實現(xiàn)因需求而異，在此不做介紹。本文著重介紹CAN通信軟件的設(shè)計，它主要由3部分組成：CAN初始化、CAN發(fā)送數(shù)據(jù)、CAN接收數(shù)據(jù)。