单片机和MCP2510的CAN息线通信模块设计

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公司最初为汽车监控和控制系统设计了CAN总线，现在，其应用已面向过程工业、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，并已经公认为是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ISOll898，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和发送站，一般由单片机和CAN控制器或二者合二为一组成。
MCP2510是Microchip公司生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，并给出其在CAN总线系统智能节点中的应用实例。

1 MCP2510芯片介绍
MCP2510是一种带有SPI接口的CAN控制器，DIP封装如图l所示。它支持CAN技术规范V2．OA／B。能够发送或接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能。MCP2510通过SI接口与MCU进行数据传输，最高数据传输速率可达5Mbps，MCU可通过MCP2510与CAN总线上的其他MCU单元通信。MCP25lO内含3个发送缓冲器和2个接收缓冲器，同时还具有灵活的中断管理能力，这些特点使得MCU对CAN总线的操作变得非常简便。

1．1 MCP2510的主要特点
◇支持CANV2．OA／B；
◇具有SPI接口，支持SPI模式0，O和l，1；
◇内含3个发送缓冲器和2个接收缓冲器，可对其优先权进行编程；
◇具有6个接收过滤器，2个接收过滤器屏蔽；
◇具有灵活的中断管理能力；
◇采用低功耗CMOS工艺技术，其工作电压范围为3．0～5．5V，有效电流为5mA，维持电流为10μA；
◇工作温度范围为-40～+125℃。
1.2 结构及工作原理
MCP25lO有PDIP、SOIC和TSSOP三种封装形式。图2是MCP2510的内部结构框图。CAN协议机负责与CAN总线的接口，SPI接口逻辑用于实现同MCU的通信，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3个发送缓冲器来实现。这3个发送缓冲器各占据14字节的SRAM。第1字节是控制寄存器TXBNCTRL，该寄存器用来设定信息发送的条件，且给出了信息的发送状态；第2～6字节用来存放标准的和扩展的标识符以及仲裁信息；最后8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一激话、错误一认可和总线一脱离3种状态之一。

2 MCP2510在智能节点中的应用实例
利用MCP2510和CAN总线收发器TJAl050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和无源抽头连接，且结构简单、成本低，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，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AT89C5l。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TJAl050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，则可在MCP2510和TJAl050之间再加一个光电隔离器。
智能节点电路原理图如图4所示。

2．1 软件设计
MCP2510正常工作之前，需要进行正确的初始化，包括设置SPI接口的数据传输速率、CAN通信的波特率、MCP25lO的接收过滤器和屏蔽器以及发送和接收中断允许标志位等。与SJAl000不同的是，单片机对MC