CAN智能节点的设计
MCP25101是Microchip公司推出的功能很强的CAN控制器芯片,它支持CAN1.2、2.0A及2.0B规范;其内部结构见图3所示。该芯片内含3个发送缓存和2个接收缓存,可以对发送优先级进行管理,可滤除无用信息,MCP2510有6个可编程滤波器,而且中断资源十分丰富。最可贵的是,它可以通过标准的SPI接口与微控制器进行通信,从而放宽了MCU的选择范围使得所有单片机都有接入的可能。
MCP2510的主要功能是在MCU的控制下实现CAN规范,它内部的所有寄存器和控制寄存器都映射到一个地址表上,MCU可以使用相应的命令格式通过标准的SPI接口来完成对MCP2510的初始化、工作状态的控制以及数据的读写。此外,MCP2510产生的中断还可以反馈给MCU来处理。
2.3 系统时钟
此外,由于MCP2510的输出信号驱动能力不够,而且与CAN总线物理接口的要求存在很大的差异,所以,在实际应用中必须使用CAN收发器(如MCP2551等),它可支持的CAN速率最高可达1Mbps,而且容错能力很强。此外,它内部还有很强的保护电路,可以防止总线的其它节点对它的影响。
3 软件设计
在进行本系统节点的软件设计前,首先简要说明一下MCP2510的指令格式,MCP2510的5条指令如表1所列。
表1 MCP2510指令格式
指 令 | 指令格式 | 说 明 |
复位 | 1100 0000 | 使内部寄存器复位,进入配置模式 |
读取 | 0000 0011 | 从寄存器读取数据,指令在前,地址随后 |
写入 | 0000 0010 | 写数据到寄存器,指令在前,地址和数据随后 |
发送请求 | 1000 0nnn | 对发送缓存发送信息进行初始化 |
状态读取 | 1010 0000 | 读取常用状态寄存器的某些位数据 |
位修改 | 0000 0101 | 对豁口的某几件位修改 |
在使用时,可以把这些指令直接编写成函数形式,这样可使程序简练易读。同时,发送请求的硬件触发只需把TXnRTS置低即可。实际上,接收缓存收到信息后也能产生硬件触发,并在TXnRTS引脚产生低电平输出。
本设计的主程序流程图如图4所示。
上电复位后,MSP430首先完成自身外围模块的初始化,其任务主要是选择时钟模块中的时钟、使USART模块工作于SPI模式、以及对看门狗定时器的配置等;然后对MCP2510进行初始化,以对寄存器进行设置。需要注意的是,MCP2510只有在配置模式下才可以对控制参数进行配置,但它在复位以后就是配置模式。
当配置MCP2510到环回模式后,MSP430将写数据到MCP2510的发送缓存并控制其发送,此后,在接收缓存收到数据后,INT引脚将产生低电平中断以通知MSP430,MSP430响应中断后将读取数据,并和发送的数据进行比较,以验证程序的可行性。需要注意的是,无论是对MCP2510的读还是写,都必须使它的CS引脚处于低电平。
在实际应用中,MSP430和MCP2510都可以进入睡眠模式,并可以由中断来激活。整个节点的主要功能均由中断子程序来完成,其中的一部分是MSP430自身的中断(看门狗定时器溢出中断、SPI接收发送中断、ADC中断等),另一部分是MCP2510引起的中断,这部分中断资源十分丰富,包括信息接收发送中断、信息错误中断、总线激活中断等。它产生的所有中断都能使INT引脚为低电平, 单片机在检测到这些中断后,将通过SPI接口读取MCP2510内部的中断标志寄存器以判断是何中断,然后再进行进一步处理。
4 结束语
MSP430和MCP2510的很多实用功能本文还没有进一步开发,只是作了一个简单测试系统,而且许多实际应用中需要注意的问题也没有考虑到,需要进一步完善。此外,由于MCP2510使用标准的SPI接口与单片机通信,所以加上它可以不更换单片机,而只需对程序稍作修改即可,因此,采用该方案几乎可以在任何现有系统上实现CAN总线功能。
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