摘要　ｃａｎ总线上的分布式控制节点一般由单片机和可编程的ｃａｎ通信控制器组成。硬件方面介绍了节点的电路原理，软件方面给出了系统程序设计流程及其需要注意的问题。

　　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ｉｓｏｌｌ８９８，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公司生产的一种独立的可编程ｃａｎ控制器芯片。本文将介绍新型的独立ｃａｎ通信控制器ｍｃｐ２５１０，并给出其在ｃａｎ总线系统智能节点中的应用实例。

　　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ｌ所示。它支持ｃａｎ技术规范ｖ２．ｏａ／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进行数据传输，最高数据传输速率可达５ｍｂｐｓ，ｍｃｕ可通过ｍｃｐ２５１０与ｃａｎ总线上的其他ｍｃｕ单元通信。ｍｃｐ２５ｌｏ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ｍｃｕ对ｃａｎ总线的操作变得非常简便。

　　１．１　ｍｃｐ２５１０的主要特点

　　◇支持ｃａｎｖ２．ｏａ／ｂ；

　　◇具有ｓｐｉ接口，支持ｓｐｉ模式０，ｏ和ｌ，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；

　　◇采用低功耗ｃｍｏｓ工艺技术，其工作电压范围为３．０～５．５ｖ，有效电流为５ｍａ，维持电流为１０μａ；

　　◇工作温度范围为－４０～＋１２５℃。

　　１．２　结构及工作原理

　　ｍｃｐ２５ｌｏ有ｐｄｉｐ、ｓｏｉｃ和ｔｓｓｏｐ三种封装形式。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、原理作一介绍。

　　（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字节用来存放标准的和扩展的标识符以及仲裁信息；最后８字节则用来存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话、错误一认可和总线一脱离３种状态之一。

　　２　ｍｃｐ２５１０在智能节点中的应用实例

　　利用ｍｃｐ２５１０和ｃａｎ总线收发器ｔｊａｌ０５０可构成一个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。

　　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总线上的控制节点不会对系统的其余节点造成任何影响。

　　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ａｔ８９ｃ５ｌ。ａｔ８９ｃ５１可通过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ｔｊａｌ０５０则作为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ｔｊａｌ０５０之间再加一个光电隔离器。

　　智能节点电路原理图如图４所示。

　　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、ｍｃｐ２５ｌｏ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ｓｊａｌ０００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ｍｃｐ２５ｌｏ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。

　　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ａｉｎｏ～ａｉｎ７的ａ／ｄ数据，向ｍｃｐ２５ｌｏ发送“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接收子程序。

　　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的初始化完后将其置为ｎｏｒｍａｌ模式，否则ｍｃｐ２５１０将一直停留在ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ模式下，不能正常进行工作。将ｍｃｐ２５１０置ｎｏｒｍａｌ模式可通过使用ｍｃｐ２５１０内置的ｂｉｔｍｏｄｉｆｙ（位修改）４指令向ｃａｎｃｔｒｌ控制字写入一个０字节来实现。

　　②在对ｍｃｐ２５１０进行任何操作之前，都要由微处理器向ｍｃｐ２５１０的片选ｃｓ输出一个低电平，使得ｍｃｐ２５１０选通。

　　③在执行ｍｃｐ２５１０的“读”操作时，发送完读指令及其地址码之后，仍然需要向ｍｃｐ２５１０提供时钟，以接收“读”到的数据。可以通过向ｍｃｐ２５１０发送一个ｏ字节来实现。

　　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。