摘要：CAN总线上的节点是网络上的接收和发送站。智能节点能通过编程设置工作方式、ID地址、波特率等参数。它主要由单片机和可编程的CAN通信控制器组成。本文介绍这类节点的硬件设计和软件设计。软件设计包括SJA1000的初始化、发送和接收等应用中的最基本的操块子程序。 关键词：总线 节点 CAN控制器 引言 CAN（Controller Area Network）总线，又称控制器局域网，是Bosch公司在现代汽车技术中领先推出的一种多主机局域网。由于其卓越的性能，极高的可靠性，独特灵活的设计和低廉的价格，现已广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域。CAN已被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准。CAN协议也是建立在国际标准组的开放系统互联参考模型基础上的，主要工作在数据链路层和物理层。用户可在其基础上开发适合系统实际需要的应用层通信协议，但由于CAN总线极高的可靠性，从而使应用层通信协议得以大大简化。 CAN总线与其它几种现场总线比较而言，是最容易实现、价格最为低廉的一种，但其性能并不比其它现场总线差。这也是目前CAN总线在众多领域被广泛采用的原因。节点是网络上信息的接收和发送站。所谓智能节点是由微处理器和可编程的CAN控制芯片组成，它们有两者合二为一的，如芯片P8XC59；有如本文介绍的独立的通信控制芯片与单片机接口。后者的优点是比较灵活。当然，也有不要微处理器的节点。下面以CAN通信控制器SJA1000为例，对CAN总线系统智能节点硬件和软件设计作一下全面的介绍。 一、CAN通信控制器SJA1000功能简介 CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由实现CAN总线协议的部分和实现与微处理器接口部分的电路组成。对于不同型号的CAN总线通信控制器，实现CAN协议部分电路的结构和功能大多相同，而与微处理器接口部分的结构和方式存在一些差异。这里主要以SJA1000为代表对CAN控制器的功能作一个简单介绍。 SJA1000是一种独立CAN控制器。它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代产品。SJA1000具有Basic CAN和Peli CAN两种工作方式。PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2.0B协议。 SJA1000在软件和引脚上都是与它的前一款PAC82C200独立CAN控制器兼容的（SJA1000引脚功能如表1所列），在此基础上增加了很多新的功能。为了实现软件兼容，SJA1000采用了两种工作方式：Basic CAN方式（PCA82C200兼容方式）和Peli CAN方式（扩展特性方式）。工作方式通过时钟分频寄存器中的CAN方式位来选择。上电复位默认工作方式是Basic CAN方式。Basic CAN和PeliCAN方式的区别如下： 在PeliCAN方式下，SJA1000有一个重新设计的含很多新功能的寄存器组。SJA1000包含PCA82C200中的所有位，同时增加了一些新的功能位。PeliCAN方式支持CAN2.0B协议规定的所有功能（29位的标识符）。

表1 SJA1000引脚功能 符 号 引 脚 功 能 AD0AD7 2,1,2823 地址/数据复用总线 ALE 3 ALE信号（INTEL方式）或AS信号（MOTOROLA方式） CS 4 片选输入，低电允许访问SJA1000 RD 5 微控制器的读信号（Intel方式）或E信号（MOTOROLA式） WR 6 微控制器的写信号（Intel方式）或读写信号（MOTOROLA方式） CLKOUT 7 SJA1000产生的提供给微控制器的时钟输出信号，此信号由内部振荡器经可编程分频器得到。可编程禁止该引脚 VSS1 8 逻辑电路地 XTAL1 9 振荡放大器输入，外部振荡放大器信号经此引脚输入 XTAL2 10 振荡放大器输出，使用外部振荡信号时此引脚必须开路 MODE 11 方式选择输入端：1=Intel方式，0=MOTOROLA方式 VDD3 12 输出驱动器5V电源 TX0 13 由输出驱动器0至物理总线的输出端 TX1 14 由输出驱动器1至物理总线的输出端 VSS3 15 输出驱动器地 INT 16 中断输出端，用于向微控制器提供中断信号 RST 17 复位输入端，用于重新启动CAN接口（低电平有效） VDD2 18 输入比较器5V电源 RX0，RX1 19，20 由物理总线至SJA1000输入比较器的输入端。显性电平将唤醒处于睡眠方式的SJA1000。当RX0高于RX1时，读出为隐性电平，否则为显性电平 VSS2 21 输入比较器地 VDD1 22 逻辑电路5V电源 SJA1000的主要新功能如下： *标准结构和扩展结构报文的接收和发送； *64字节的接收FIFO； *标准和扩展帧格式都具有单/双接收滤波器（含接收屏蔽和接收码寄存器）； *可进行读/写访问的错误计数器； *可编程的错误报警限制； *最近一次的错误代码寄存器； *每一个CAN总线错误都可以产生错误中断； *具有丢失仲裁定位功能的丢失仲裁中断； *单发方式（当发生错误或丢失仲裁时不重发）； *只听方式（监听CAN总线，无应答，无错误标志）； *支持热插拔（无干扰软件驱动位速率检测）； *硬件禁止CLKOUT输出。 二、智能节点硬件电路设计 本文中所设计的CAN总线系统智能节点，采用89C51作为节点的微处理器。在CAN总线通信接口中，采用PHILIPS公司的SJA1000和82C250芯片。SJA1000是独立CAN通信控制器，82C250为高性能CAN总线收发器。 图1所示为CAN总线系统智能节点硬件电路原理图。从图1中可以看出，电路主要由四部分构成：微控制器89C51、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器82C250和高速光电耦合器6N137。微处理器89C51负责SJA1000的初始化，通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。

SJA1000的AD0～AD7连接到89C51的P0口。CS连接到89C51的P2.0，P2.0为0的CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读写操作。SJA1000的RD、WR、ALE分别与89C51的对应引脚相连，INT接89C51的INT0。89C51也可通过中断方式访问SJA1000。 为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。不过，应该特别说明的一点是光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现。这些部分虽然增益了节点的复杂程序，但是却提高了节点的稳定性和安全性。 82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。82CF250的CANH和CAHL引脚各自通过1个5Ω的电阻与CAN总线相连。电阻可起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联了2个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。另外，在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了1个保护二极管，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。82C250的Rs脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通信速度适当高调整，一般在16～140kΩ之间。 三、智能节点软件设计 CAN总线节点的软件设计主要包括三大部分；CAN节点初始化、报文发送和报文接收。熟悉这三部分程序的设计，就能编写出利用CAN总线进行通信的一般应用程序。当然要将CAN总线应用于通信任务比较复杂的系统中，还需详细了解有关CAN总线错误处理、总线脱离处理、接收滤波处理、波特率参数设置和自动检测以及CAN总线通信距离和节点数的计算等方面的内容。下面仅就前面提出的三部分程序的设计作一个描述，以供大家在实际应用中参考。 1.初始化子程序 SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行。初始化主要包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器（AMR）和接收代码寄存器（ACR）的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器（IER）的设置等。在完成SJA1000的初始化设置以后，SJA1000就可以回到工作状态，进行正常的通信任务。下面提供了SJA1000初始化的51汇编源程序。程序中寄存器符号表示的是SJA1000相应寄存器占用的片外存储器地址，这些符号可在程序的头部用伪指令EQU进行定义。后文对这一点不再作特别说明。 CANINI： MOV DPTR，#MODE ；方式寄存器 MOV A，#09H ；进放复位模式，对 ；SJA1000进行初始化 MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#CDR ；时钟分频寄存器 MOV A，#88H ；选择PeliCAN模式， ；关准备时钟输出（CLKOUT） MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#IER ；中断允许寄存器 MOV A，#0DH ；开发发送中断、超 ；载中断和错误警告中断 MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#AMR ；接收屏蔽寄存器 MOV R6，#4 MOV R0，#DAM ；接收屏蔽寄存器内容 ；在片内RAM中的首址 AMR：MOV A，@R0 MOVX @DPTR，A ；接收屏蔽寄存器赋初值 INC DPTR DJNZ R6，AMR MOV DPTR，#ACR ；接收代码寄存器 MOV R6，#4 MOV R0，#DACR ；收收代码寄存器内容 ；在片内RAM中的首址 ACR：MOV A，@R0 MOVX @DPTR，A 接收代码寄存器赋初值 INC DPTR DJNZ R6，ACR MOV DPTR，#BTR0 ；总线定时寄存器0 MOV A，#03H MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#BTR1 ；总线定时寄存器1 MOV A，#0FFH ；16MHz晶振情况下， ；设置波特率为80kbps MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#OCR ；输出控制寄存器 MOV A，#0AAH MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#RBSA ；接收缓存器起始 ；地址寄存器 MOV A，#0 ；设置接收缓存器 ；FIFO起始地址为0 MOVX @DPTR, A MOV DPTR,#TXERR ；发送错误计数寄存器 MOV A，#0 ；清除发送错误计数寄存器 MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#ECC ；错误代码捕捉寄存器 MOVX A，@DPTR ；清除错误代码捕捉寄存器 MOV DPTR，#MODE ；方式寄存器 MOV A，#08H ；设置单滤波接收方式 ；并返回工作状态 MOVX @DPTR，A RET 2.发送子程序 发送子程序负责节点报文的发送。发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文，送入SJA1000发送缓存区中，然后启动SJA1000发送即可。当然在往SJA1000发送缓存区送报文之前，必须先作一些判断（如下文程序所示）。发送程序分发送远程帧和数据帧两种。远程帧无数据场。下面以发送数据帧为例对发送子程序作一个说明。 TDATA：MOV DPTR，#SR ；状态寄存器 MOVX A，@DPTR ；从SJA1000读入 ；状态寄存器值 JB ACC.4，TDATA ；判断是正在接收， 正在接收则等待 TS0：MOVX A，@DPTR JNB ACC.3，TS0 ；判断上次发送是否完成，未完成则等待发送完成 TS1：MOVX A，@DPTR JNB ACC.2，TS1 ：判断发送缓冲区是否 ；锁定，锁定则等待 TS2：MOV DPTR，#CANTXB ；SJA1000发送缓 ；存区首址 MOV A，#88H ；发送数据长度为8个 ；字节的扩展帧格式报文 MOVX @DPTR，A INC DPTR MOV A，#ID0；4个字节的标识符（ID0～ID3）， ；依据实际情况赋值 MOVX @DPTR，A INC DPTR MOV A，#ID1 MOVX @DPTR，A INC DPTR MOV A，#ID2 MOVX @DPTR，A INC DPTR MOV A，#ID3 MOVX @DPTR，A MOV R0，#TRDATA；CPU发送数据区首 ；址，数据内容由用户定义 MTBF：MOV A，@R0 INC DPTR MOVX @DPTR，A INC R0 CJNE R0，#TRDATA+8，MTBF；向发送缓 ；冲区写8个字节 MOV DPTR，#CMR ；命令寄存器地址 MOV A，#01H MOVX @DPTR，A ；启动SJA1000发送 RET 3.查询方式接收子程序 接收子程序负责节点报文的接收以及其它情况处理。接收子程序比发送子程序要复杂一些，因为在处理接收报文的过程中，同时要时诸如总线脱离、错误报警、接收溢出等情况进行处理。SJA1000报文的接收主要有两种方式：中断接收方式和查询接收方式。如果对通信的实时性要求不是很强，建议采用查询接收方式。两种接收方式编程的思路基本相同。下面仅以查询方式接收报文为例对接收子程序作一个说明。 SEARCH： MOV DPTR，#SR ；状态寄存器地址 MOVX A，@DPTR ANL A，#0C3H ；读取总线脱离、错误状 ；态、接收溢出、有数据等位 JNZ PROC RET ；无上述状态，结束 PROC：JNB ACC.7， PROCI BUSERR： MOV DPTR，#IR ：IR中断寄存器， ；出现总线脱离 MOVX A，@DPTR ；读中断寄存器， ；清除中断位 MOV DPTR，#MODE ；方式寄存器地址 MOV A，#08H ； MOVX @DPTR，A ；将方式寄存器复位， ；清求位清0 LCALL ALARM. ；调用报警子程序 RET NOP PROC1：MOV DPTR，#IR ；总线正常 MOVX A，@DPTR ；读取中断位 JNB ACC.3，OTHER OVER： MOV DPTR，#CMR ；数据溢出中断置位 MOV A，#0CH MOVX @DPTR，A；在命令寄存器中精除数 ；据溢出和释放接收缓冲区 RET NOP OTHER：JB ACC.0，RECE；IR.0=1，接收FIFO ；示满或接收中断使能 LJMP RECOUT ；IR.0=0，接收缓冲区 ；无数据，退出接收 NOP RECE：MOV DPTR，#CANRXB；接收缓冲区首地 ；地（16），准备读取数据 MOVX A，@DPTR ；首字节是接收帧格式字 JNB ACC.6，RDATA ；RTR=1是远程 ；请求帧，无数据 MOV DPTR，#CMR ； MOV A，#04H ；CMR.2=1释放接收缓冲区 MOVX @DPTR，A ；只有接收了数据才能 ；释放接收缓冲区 LCALL TDATA ；发送对方请求的数据 LJMP RECOUT ；退出接收 NOP RDATA：MOV DPTR，#CANRXB； 读取并保存接收 ；缓冲区的数据 MOV R1，#CPURBF ；CPU片内接收 ；缓冲区首址 MOVX A，@DPTR ；读取CAN缓冲区 ；的2个字节 MOV @R1，A ；保存 ANL A，#0FH ；截取低4位是； 数据长度（0～8） ADD A，#4 ；加4个字节的标识符（ID） MOV R6，A RDATA：INC DPTR INC R1 MOVX A，@DPTR MOV @R1，A DJNZ R6，RDATA0 循环读取与保存 MOV DPTR，#CMR MOV A，#04H ；释放CAN接收缓冲区 MOVX @DPTR，A RECOUT：MOV DPTR，#ALC ；释放仲裁丢失捕捉 ；寄存器和错误捕捉寄存器 MOVX A，@DPTR MOV DPTR，#ECC MOVX A，@DPTR NOP RET 结束语 上述介绍的是SJA1000工作在Peli CAN模式下的三种最基本的操作子程序。由于篇幅的关系，这里没有列出和解决SJA1000内部寄存器的地址和位定义。有关接收屏蔽寄存器（AMR）和接收编码寄存器（ACR）的使用在以往的文章中已有介绍。至于其它一些寄存器或位功能的使用，没有在上述例程中体现出来，需要视实际情况而定。