基于CAN总线的车辆虚拟仪表数据采集系统设计

　　频率信号处理模块完成对捕获端口频率的测量，其基本思想是：在被测信号的一个周期时间内，2次脉冲下降沿分别启动和停止定时器T2计数，两次计数值之差的倒数即为频率值，本模块只需计算差值，频率值由上位机解算。

　　3.1 CAN控制器编程

　　本系统软件设计的一个难点在于关于CAN的编程。本系统处理的CAN程序模块有：CAN初始化子程序、CAN中断程序和CAN数据收发子程序。

　　CAN 是Controller Area Network 的缩写，是国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应"减少线束的数量"、"通过多个 LAN,进行大量数据的高速通信"的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

　　CAN总线的基本特点：

　　*CAN协议废除了传统的站地址编码，采用数据通信数据块进行编程，可以多主方式工作。

　　*CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免了总线冲突。

　　*CAN采用短帧结构，每一帧的 有效字节为8个(CAN技术规范2.0A)，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。

　　*CAN的每帧数据都有CRC效验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境中使用。

　　*适用于现场设备与仪表之间或者与其上位设备间的通信网络，可以统一组态，相互操作，控制功能分散到最底层。

　　*CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其它操作不受影响。

　　*CAN可以点对点、一点对多点(成组)及全局广播集中方式传送和接受数据

　　*CAN总线直接通讯距离最远可达10km/5Kbps,通讯速率最高可达1Mbps/40m.

　　*采用不归零码(NRZ-Non-Return-to-Zero)编码/解码方式，并采用位填充(插入)技术。

　　CAN控制器是以CPU存储器映像外围设备出现的。P80C592的CPU与CAN控制器之间的数据传输通过4个特殊功能寄存器来实现，即： CANADR、CANCON、CANSTA和CANDAT,通过这四个特殊功能寄存器，CPU可以访问CAN控制器内部的任一寄存器(地址为0~29)和 DMA逻辑。表1给出了这四个SFR的功能简述，其中CANCON和CANSTA的读写操作含义不同。

　　表1 SFR功能简述

　　CAN控制器初始化(图4)是CAN通信中一个非常重要的子程序，程序是否合理将直接影响整个通信过程。CAN控制器的初始化首先必须通过置位 CAN控制寄存器的"复位请求"位，置位"复位请求"并不影响正在进行的一个收发作业，特别需要注意的是，只有当复位请求被置位时，CAN内部地址为 4-8的寄存器方可被访问，在复位操作结束后必须将该位置0以保持所进行的设置并使CAN返回工作状态。

　　图4 CAN通信中一个重要的子程序

　　P80C592和其在片CAN控制器都具有中断寄存器，必须注意两者的区别。CAN中断子程序(图5)首先读CAN中断寄存器(IR)以判断中断类型，据此转入相应的操作。如果接收缓存器满而另一个报文的首字节又需要被存储时，数据超限位被置位，此时应清除超限并释放接收缓存，然后重新发送数据请求。在数据接受子程序中当数据被转入RAM区后，应及时释放接受缓存器，以便为接收下一帧数据做好准备。

　　图5 CAN中断子程序

　　数据发送子程序见图6.CAN控制器向总线发送数据时，首先将在片主RAM中数据存放的首地址写入CANSTA,然后读取CANSTA.6的值(读 CANSTA的操作其实是对CAN控制器内部状态寄存器的读操作，CANSTA.6是错误显示位，当至少有一个总线错误计数器计数达到CPU告警极限时，该位将被CAN控制器置位。)，若检测出错，则执行CAN初始化子程序，若正常，则继续检测接收状态和发送缓冲器状态，若发送条件满足则在CANADR中写入发送缓存器地址并置位DMA控制位，DMA传送随即被启动，数据场由RAM拷贝到发送缓存器，置发送请求位后数据开始发送。

　　4 结语

　　用高性能的P80C592和AD1674A数据采集模块组成车辆环境数据采集系统具有较高的性价比，目前该系统已投入试用阶段，运行状况良好。 CAN总线非常适合分布式控制或适时控制的串行通信网络，本课题只涉及了数据采集，如果在此基础上扩展车辆辅助控制和重要数据备份功能，系统将会有更广阔的应用前景。