基于PIC18F458的CAN总线接口设计

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1 引言 　　在ff、lonworks、profibus、can、hart等主流现场总线工业通讯技术之中，can(controller area network，又称控制器局域网)总线除了具备现场总线的开放式、互操作性、数字化通讯等特点外，还具有以下特点：（1）以多主机方式工作；（2）can上的节点信息分不同的优先级，可满足不同的实时要求；（3）采用非破坏性总线仲裁技术，节省了总线冲突仲裁时间；（4）采用短帧结构，传输时间短，受干扰率降低，具有极好的检错效果；（5）每帧信息都有crc校验及其它检错措施，数据出错率极低；（6）通信介质可灵活地选择；（7）can上的节点数高达110个；（8）有很高的可靠性和性能价格比等。can总线的这些特点使得其能同时满足过程控制和制造业自动化的需求，[1]因而can总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。在总线系统中，传统的4-20ma的模拟输入信号被数字信号取代，设备状态、故障、参数等信息通过现场总线传送给上位机完成远程控制及远程参数化，具有can总线接口的各种仪器、仪表设备通过can适配卡可实现与上位机的can总线通讯。2 硬件设计　　can通信的核心芯片是can控制器，can的通信协议主要是由它完成的，它可以实现物理层和数据链路层的所有功能。can控制器有许多芯片结构，独立芯片的例如philips的sja1000，西门子的82c900等，还有和微处理器做在一起的嵌入型结构。本项目根据智能化、可靠性高、抗干扰能力强、成本低等原则，can控制器采用microchip公司的pic18f458单片机内嵌can控制器方案。pic18f458功能强大,1536k片内数据ram、3个16位定时/计数器、1个8位看门狗wdt定时器、8路模拟输入的片内adc。看门狗wdt定时器用来监视程序的运行状态，一旦cpu由于意外原因偏离正常程序之外，wdt将强行把cpu复位，使其返回正常程序。pic18f458can模块除遵循can总线的协议，同时也有自己的特点，主要包括：（1）支持can协议can2.0a、can2.0b；（2）支持标准帧、扩展帧、远程帧、过载帧、错误帧等；（3）2个接收缓冲器、3个发送缓冲器；（4）6个接收过滤器；（5）2个屏蔽过滤器。选用功能强大的pic18f458单片机，大大简化了电路设计，节省了成本。　　can收发器即总线驱动器是can控制器与物理总线之间的接口，可以提供对总线的差动发送和接受功能，can总线驱动器种类有82c250/251、tja1040、tja1050等多种，适用于不同场合。philips公司的高速总线驱动器82c50，它采用双线差分驱动，抗干扰强。can总线驱动器与单片机接线如图1所示，为实现总线上节点之间的电气隔离 can驱动器通过高速光藕6n137与pic18f458进行相连。在can总线两端的can接头上接入120欧匹配电阻，以消除阻抗不连续时的反射现象，总线与地各自并联一个30pf的小电容,以防电磁辐射和抗高频干扰[2]。注意在实际应用中，节点之间的电源也要隔离，+5v隔离后才能接vcc，否则也会有干扰。

图1 82c250与pic18f458接线图3 软件设计　　软件采用mplab ide7.5开发平台及mcc18软件，为了有利于程序的移植和修改可将程序设计成能相对独立的子程序。can总线的各种协议已经被集成在pic18f458的can模块里面,只要对相应的寄存器进行操作就可完成can系统通信。pici8f458的can通信程序主要包括can初始化、接受子程序、发送子程序等。can初始化主要对can进行配置，设置发送邮箱、接收邮箱标识符及初始化数据，设置波特率、can工作模式，初始化接受滤波器和接受屏蔽。接受使用中断方式，发送采用查询方式。在can总线上的所有节点必须有相同的波特率,设波特率fosc=4mhz，同步时间段sync_seg=1tq，传输时间段prop_seg=1tq，相位缓冲时间段1phase_seg1=3tq，相位缓冲时间段2phase_seg2=3tq，标称位时间=8tq，位率=0.125mhz。在can总线通讯中，can的初始化非常重要[3]。3.1 can初始化子程序　　void intcan()　　{trisb=(trisb|0x08)&0xfb； /* 设置rb2为输出，rb3为输入*/　　cancon=0x80； /*请求配置*/　　while((canstat&0x80)==0) /*配置方式*/　　{　　；　　} /*等待进入配置模式*/　　brgcon1=0x01； /*设置波特率*/　　brgcon2=0x90；　　brgcon3=0x42；　　txb0con=0x03； /*设置优先级*/　　txb0sidl=can_biaosf_l&0xe0； /*标准标识符*/　　txb0sidh= can_ biaosf _h ；　　txb0dlc=0x08； /*数据长度1字节*/　　txb0d0=0x00；　　txb0d1=0x00；　　rxb0sidl= can_ biaosf _l&0xe0；/*标准标识符*/　　rxb0sidh= can_ biaosf _h ； 　　rxb0con=0x20； / *接受有效的标准标识符信息*/　　rxb0dlc=0x08； /*数据长度1字节*/　　rxb0d0=0x00； /*初始数据*/　　rxb0d1=0x00；　　rxb0d2=0x00；　　rxf0sidh=can_ biaosf _h；/*初始化接受滤波器和接受屏蔽*/　　rxf0sidl=can_ biaosf _l；　　rxm0sidh=0xff；　　rxm0sidl=0xe0；　　cancon=0x40； /*正常模式*/　　while((canstat&0x40)!=0) /*检测配置完成*/　　{　　；　　}　　pir3=0x00； /*初始化can中断*/　　pie3=0x01；　　ipr3=0x01；　　}3.2 接收中断子程序　　void interruphandlerhigh() 　　{　　if(pir3bits.rxb0if==1) /*接收can中断*/　　 { 　　 can_flag=1； /*置接收中断标志*/　　 pir3bits.rxb0if=0； /*清接收中断标志*/　　rxb0conbits.rxful=0； /*接收*/　　}　　}3.3 发送子程序　　void fasong()　　txb0d0=clz； /*clz为发送数值*/　　txb0con=txb0con|0x08； /*发送*/　　}　　写好这三部分程序，就很容易写出通讯程序了。 4 结束语　　本项目设计可用于各种电气设备形成can接口，也可在此基础上继续开发，加入设备的控制算法，对设备进行总线化智能化改造。利用pic18f458设计的can总线接口进行了dkj直行程电动执行机构的智能化改造，与上位机实现了can总线通讯，试验效果理想。