基于P89C668单片机的CAN总线接口设计

CAN(Controller Area Network)总线，又称控制器局域网，属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络.与其它几种现场总线相比，CAN 总线是最容易实现、价格也最为低廉.由于其性能好，可靠性高、设计灵活，现已广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区防范、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域.

CAN总线规范已被国际标准化组织（ISO）定为国际标准，CAN协议也是建立在国际标准化组织的开放系统互连参考模型（OSI）基础上的.CAN总线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，由于CAN总线的可靠性高，使应用层通信协议得以大大简化.目前市场上有多种不同型号的CAN控制器，它们实现CAN协议部分电路的结构和功能大多相同，只是与单片机接口部分的结构和方式有一些差异.

为了提高硬件电路的效率，简化电路设计上的复杂性，保证电路的电气兼容性，本文采用PHILIPS公司生产的P89C668单片机和CAN控制器SJA1000设计了CAN接口节点电路，并介绍了相关的软件设计.

1 CAN总线节点接口硬件电路设计

CAN节点接口硬件电路原理如图1所示.采用PHILIPS公司生产的P89C668单片机、CAN控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250设计接口电路来实现CAN总线通信.

                   图1 CAN总线接点接口硬件电路原理

P89C668单片机内带64kB Flash存储器，该存储器既可并行编程，在系统编程ISP中也可串行编程，在实际的成型产品中可通过ISP升级用户程序. 在Boot ROM程序中，可通过一个默认的串行下载器（UART）对Flash存储器作ISP编程，而在Flash代码区中并不需要调用下载器的代码，用户程序可通过调用在Boot ROM中的标准子程序对Flash存储器擦除和再编程（即IAP）.

P89C688在6个时钟周期内执行一条指令，一个OTP位让用户可选择传统的12个时钟周期.P89C688用先进CMOS工艺制造，是80C51单片机家族的衍生品，其指令集和80C51相同.该单片机有四个8位I/O口，三个16位定时器/事件计数器，多中断源，四个优先级，可嵌套中断结构，一个增强型UART和片内振荡器以及时序电路.P89C668新增特性使其成为一个功能强大的单片机，可为某些应用提供PWM、高速的I/O和加/减计数.

SJA1000 是PHILIPS 公司生产的独立CAN 通信控制器，它既支持CAN2.0A，又支持CAN2.0B，与PCA82C200 CAN 控制器兼容（BasicCAN），并可替代PCA82C200；增加了一种新的工作模式PeliCAN，使其支持具有很多新特性的CAN2.0B 协议；集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理；具有多主结构、总线访问优先权、硬件滤波等特点.

PC82C250为CAN总线收发器，是CAN 控制器和物理总线的接口，提供对总线的驱动发送能力、对CAN控制器的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力.它具有很强的抗瞬间干扰和保护总线的能力，以及三种不同的工作方式即高速、斜率控制和待机，如表1所示.总线上的某一个节点掉电不会影响总线，在40米内应用的速度可达1M baud，最多可挂110个节点.

从图1 可看出，该硬件电路主要由单片机P89C668、CAN 独立控制器SJA1000 和CAN 收发器PCA82C250 组成.

单片机P89C668 负责对SJA1000 进行初始化，通过控制SJA1000实现数据的发送与接收等通信任务.

SJA1000 的AD0~AD7连接到P89C668 的P0口；

CS连接到P89C668的P1.1，P1.1 为0 时选中SJA1000，可控制SJA1000；

SJA1000 的RD/E、WR、ALE/AS 分别连接到P89C668 的RD(P3.7)、WR(P3.6)、P1.0；

SJA1000的(INT)连接到P89C668 的P3.2(INT0)，这样，P89C668 可以通过中断方式访问SJA1000；

SJA1000的模式选择引脚MODE 接高电平时选择Intel 模式；

为了保证时钟同步，SJA1000 的CLKOUT 引脚使能，向P89C668 提供时钟源.

2 CAN 总线节点接口软件设计

实现CAN 总线通信，要对CAN 总线节点接口设计相应的总线通信程序；在总线通信之前，必须进行SJA1000 控制器初始化.在上电或复位后，单片机通过运行其自身复位程序初始化SJA1000.CAN总线通信程序大致由SJA1000 初始化、发送和接收三部分组成.以下分别对他们进行简单的描述.

2.1  SJA1000 初始化

在上电后，CAN 控制器的RST 脚获得一个复位脉冲，使之进入复位模式.在开始对SJA1000 各个配置寄存器进行设定之前，主控制器通过读复位/请求标识来检测SJA1000是否进入复位模式.为了避免微控制器的上电复位时间和SJA1000 的复位时间的偏差，微控制器要等待SJA1000 完成上电复位后才能对SJA1000 配置寄存器进行配置，存有配置信息的寄存器只能在复位模式下才可进行写入.SJA1000 初始化程序在复位模式下，主控制器要配置下面的寄存器：

（1）模式寄存器（仅在PeliCAN 模式下选择应用操作模式）
接收过滤模式   
自检测模式   
侦听模式

（2）时钟分频寄存器
使用BasicCAN 或PeliCAN 模式
CLKOUT 引脚是否可以使用
CAN 输入比较器是否被跳过
TX1 输出是否专门用于接收中断输出

（3）总线定时寄存器
定义总线的位速率
定义位周期内的采样点位采样点
定义一个位周期的采样数量

（4）接收代码和接收掩码寄存器
定义要接收消息的接收代码
定义与接收代码相关位进行比较的接收掩码

（5）输出控制寄存器
定义CAN 总线输出引脚TX0 和TX1 的配置

在将这些配置信息配置到SJA1000配置寄存器后，通过消除复位模式，请求使SJA1000进入操作模式.一定要确保复位标志真的被删除，并且在没有进行CAN 总线通信前进入操作模式，这可以通过读该标志来实现. 当硬件复位处于挂起状态，即CAN 控制器的RST 引脚为低电平时，复位模式/请求标志不能被清除.

下面是SJA1000 的初始化程序.
CAN_INI: MOV DPTR, #MOD; 模式寄存器
MOV A, #01H
MOVX @DPTR, A
NOP
MOVX A, @DPTR
ANL A, #01H
JZ CAN_INI; 等待SJA1000 进入复位模式
MOV DPTR, #BTR0; 总线定时0
MOV A, #BandRate0
MOV DPTR, #BTR1; 总线定时1
MOV A, # BandRate1
MOV DPTR, #OCR; 输出控制寄存器
MOV A, #1AH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #CDR; 时钟分频器
MOV A, #0C0H
MOV DPTR, #ACR0; 接收代码寄存器ACR0
MOV A, #ModuleAddress; 设置为模块的地址
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOV @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #AMF0; 接收掩码寄存器AMF0
MOV A, #0FFH; 接收代码设置为
0X0FFFFFFFF
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #IER ; 中断使能寄存器IER
MOV A, #09H; 允许接收中断和数据溢出中断
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MOV A, #04H; 释放接收缓冲器
MOVX @DPTR, A
LOOP: MOV DPTR, #MOD
MOV A, #08H; 设置SJA1000 工作模式为普通模式,单滤波接收
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #MOD
MOV A, @DPTR
ANL A, #01H
JNZ LOOP; 等待复位标识被清除
RET

2.2 CAN 总线发送程序

对SJA1000控制器进行初始化建立CAN总线通信后，就可以通过CAN总线发送和接收报文.发送程序负责节点的报文发送.发送报文时，用户只需将需要发送的数据按一定的格式组合成一帧的报文，并送入SJA1000发送缓存区中，然后启动SJA1000发送即可.发送程序分发送数据帧和远程帧两种.通过设置RTR以决定是发送数据帧还是远程帧.

SJA1000的报文主要有中断控制和查询两种发送方式.主动发送报文建议采用查询方式，一次发送不成功，可再次发送，这样发送程序的处理比较简单，可采用查询SJA1000控制部分状态标识符的方法.下面给出以查询方式发送报文的发送程序.
CAN_SEND: MOV DPTR, #SR; 状态寄存器SR
MOVX A, @DPTR;
ANL A, #04H
JZ CAN_SEND; 等待发送寄存器释放
MOV R7, #0AH
MOV R0, #TXB_Data; 待发送数据的首地址
MOV DPTR, #TXB_Addr; 发送寄存器的基地址
LOOP1: MOV A, @R0; 将数据写入发送寄存器
MOVX @DPTR, A
INC DPTR
INC R0
DJNZ R7, LOOP1
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MO A, #01H; 发送请求命令
MOVX @DPTR, A
RET

2.3 CAN总线接收程序

SJA1000 根据规则自动接收消息，接收到的消息放入接收缓冲器，同时接收缓冲器状态标志位RBS 置为1，接收程序根据RBS 值来决定接收报文与否.SJA1000 报文的接收也有两种方式：中断和查询.对通信的实时性要求不高时，可采用查询方式，否则采用中断方式.以下给出中断接收方式程序.

CAN_INT: CLR EA; 关所有中断
MOV DPTR, #IER; 中断寄存器IER 使能
MOVX A, @DPTR
MOV R6, A; 保存SJA1000 中断允
MOV A, #00H ; 重设SJA1000 中断允许模式为不允许任何中断
MOVX @DPTR, A
LCALL RECEIVE; 接收信息
JZ ReceivOk; 接收到的信息正确则跳转，否则进行错误处理.. ..; 错误处理
ReceivOk: MOV DPTR, #IER
MOV A, R6; 恢复SJA1000 中断允许模式
MOVX @DPTR, A
SETB EA; 开放中断
RETI
RECEIVE: CLR A
MOV DPTR, #SR; 状态寄存器SR
JZ ERROR; 不是正常的消息接收中断则跳转
LOOP2: MOV DPTR, #RXB_Addr; 接收寄存器的基地址
MOV R1, #RXB_Data; 存放所接收数据的首地址
MOV R7, #0AH
LOOP3: MOVX A, @DPTR; 接收数据
MOV @R1, A; 保存数据
INC DPTR
INC R1
DJNZ R7, LOOP3
MOV DPTR, #CMR; 命令寄存器
MOV A, #0X04; 释放接收缓冲器
MOVX @DPTR, A
MOV DPTR, #SR
MOVX A, @DPTR
CJNE A, #01H, LOOP2; 等待接收队列为空
MOVD PTR, #IR; 中断寄存器IR
MOVX A, @DPTR; 清空SJA1000 的接收中断标识位
CLR A; 返回值ACC=0，表示接收消息正确
LJMP END_RECEIVE
ERROR: .. ..; 接收消息错误处理
MOVA, #01H; 返回值ACC=1，表示接收消息不正确
NED_RECEIVE: RET

3 结语

以上介绍了P89C668单片机及其与CAN控制器SJA1000之间的接口方法，并给出了SJA1000在PeliCAN模式下的SJA1000初始化程序、发送程序和接收程序.可在此基础上实现更复杂的CAN总线通信处理，如报警处理、错误处理等.