基于单片机和MCP2510的CAN总线通信模块的设计

1 前言

CAN（Controller Area Network）总线，即控制器局域网。由于具有高性能、高可靠性以及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。德国的Bosch公司最初为了汽车监控和控制系统设计了CAN总线，现在，其应用范围已面向过程工业、机械工业、纺织工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN 总线已经形成国际标准，并已经被公认为最有前途的现场总线之一。CAN总线规范已经被国际标准化组织制订为国际标准ISO11898,并得到众多半导体器件厂商的支持，推出各种集成有CAN协议的产品。CAN总线系统智能节点是网络上报文的接收＆发送站，一般由单片机和CAN控制器或二者合二为一组成。 MCP2510是MicroChip成产的一种独立的可编程CAN控制器芯片。本文将介绍新型的独立CAN通信控制器MCP2510,并给出在CAN总线系统智能节点中的应用实例。

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(7) 工作温度范围为-40～+125℃。

2.3 结构及工作原理

图2是MCP2510的内部结构框图，其中CAN协议机负责与CAN总线的接口，SPI接口逻辑用于实现同MCU的通讯，而寄存、缓冲器组与控制逻辑则用来完成各种方式的设定和操作控制。现结合其工作过程将各部分的功能、原理作一介绍。

（1）收发操作

MCP2510的发送操作通过三个发送缓冲器来实现。这三个发送缓冲器各占据14个字节的SRAM。第一字节是控制寄存器TXBNCTRL，该寄存器里的内容设定了信息发送的条件，且给出了信息的发送状态；第二至第六字节用来存放标准的和扩展的标识符以及仲裁信息；最后八个字节则用来存放待发送的数据信息。在进行发送前，必须先对这些寄存器进行初始化。

（2）中断管理

MCP2510有8个中断源，包括发送中断、接收中断、错误中断及总线唤醒中断等。利用中断使能寄存器CANINTE和中断屏蔽寄存器CANINTF可以方便地实现对各种中断的有效管理。当有中断发生时，INT引脚变为低电平并保持在低电平，直到MCU清除中断为止。

（3） 错误检测

CAN协议具有CRCF错误、应答错误、形式错误、位错误和填充错误等检测功能。MCP2510内含接收出错计数器（REC）和发送出错计数器（TEC）两个错误计数器。因而对于网络中的任何一个节点来说，都有可能因为错误计数器的数值不同而使其处于错误-激活、错误-认可和总线-脱离三种状态之一

3 MCP2510在智能节点中的应用实例

利用MCP2510和CAN总线收发器TJA1050可构成一个CAN总线分布式测控网络。系统可包括一个主控制器和多个节点控制器，这种节点控制器可对电动机的电流，电压及周围的温度进行监控，其结构如图3所示。

这种网络拓扑结构采用了总线式结构，且结构简单、成本低，采用无源抽头连接。因而系统的可靠性较高。其信息传输采用CAN通信协议，通信介质采用双绞线。由于CAN总线是基于发送报文的编码，它不对CAN控制节点进行编码，故系统的可扩充性比较好，同时增删CAN总线上的控制节点不会对系统的其余节点造成任何影响。

节点控制器的MCU可选用具有SPI接口的微处理器，也可采用不带SPI接口的微处理器。本系统采用的是不带SPI接口的微处理器 AT89c51，AT89c51可通过P1口与CAN控制器的SPI接口直接相连，并用软件算法来实现SPI接口协议。CAN总线收发器TJA1050则作为MCP2510与物理总线的接口。如果需要进一步提高系统的抗干扰能力，可在MCP2510和82C250之间再加一个光电隔离器。