现场总线技术通信控制器SJA1000.ppt

工 业 控 制 网 络（现场总线）,4.2 独立CAN控制器SJA1000,CAN控制器SJA1000的作用,实现网络层次结构中的数据链路层和物理层功能。PHILIPS公司生产，是PCA82C200的升级产品,CAN控制器SJA1000在系统中的位置,传感器执行元件,模块控制器,CAN控制器,CAN收发器,TX,RX,传感器执行元件,微控制器,SJA1000,82C250,TX,RX,CAN总线,分布模块1,分布模块2,1 特性,与PCA82C200独立CAN控制器引脚和电气兼容；具有PCA82C200模式（即默认的BasicCAN模式）；扩展的接收缓冲器（64字节FIFO）；（有什么好处?可以在处理报文的时候接收其他报文）支持CAN 2.0A和 CAN 2.0B协议；既支持11位标识符，也支持29位标识符；,1 特性,位速率最高可达1Mbps；支持PeliCAN扩展模式：最高24MHz时钟频率；方便与各种微控制器接口；可编程的CAN输出驱动器配置；增强的环境温度范围（-40 125）。,2 一般说明,SJA1000有两种工作模式：BasicCAN模式与PCA82C200兼容的模式PeliCAN模式 扩展功能模式工作模式通过时钟分频寄存器中的CAN模式位来选择，复位默认模式是BasicCAN模式。,两种封装形式：一种为28引脚的塑质双列式封装（DIP28）一种为28引脚的塑质小型线外封装（SO28）,2 一般说明,3 方框图,解释来自CPU的命令，控制CAN寄存器的寻址，向主控制器提供中断信号和状态信息,4 引脚排列,引脚定义,5、BasicCAN地址分配,SJA1000对微控制器而言是内存管理的I/O器件，所以对SJA1000的编址是通过I/O统一编址的。（单片机对SJA1000的操作是通过操作SJA1000中的寄存器来实现的。）SJA1000的地址区包括控制段和报文缓冲器（发送缓冲器和接收缓冲器，见表4-3 BasicCAN地址分配表）。,BasicCAN地址分配,由AD7AD0确定的地址,控制段在初始化加载期间(复位模式)是可被编程的，以配置通信参数（比如位定时、地址过滤等）,CAN总线上的通信过程也由微控制器通过控制段来控制,BasicCAN地址分配,最多10字节,发送方将一个要发送的报文写入发送缓冲器,BasicCAN地址分配,最多10字节,微控制器从接收缓冲器中读取接收的报文，然后释放接收缓冲器以作后续使用。,对寄存器的访问，有两种不同的模式：复位模式：在硬件复位后或控制器掉电时，会自动进入复位模式。运行模式（工作模式）：是通过控制寄存器中的复位请求位的复位来激活的。,控制寄存器（CR）,用于改变CAN控制器的状态。这些位可以被相连接的微控制器置位或复位，微控制器可以对控制寄存器进行读/写操作。,各个位的功能如下：,工作过程：复位请求置位初始化复位请求复位，进入工作模式,对微控制器来说是只写存储器。如果对该地址进行读访问，返回值为“11111111”。,命令寄存器（CMR）,各个位的功能如下：,状态寄存器（SR）,状态寄存器的内容反映SJA1000的状态。状态寄存器对微控制器来说是只读存储器。提供给用户以查询的方式来处理数据传输。,各个位的功能如下：,中断寄存器（IR）,1、中断寄存器用作中断源的识别；2、当寄存器的一位或多位被置位时，/INT引脚有效（低）,引起中断；3、中断寄存器对微控制器来说是只读存储器；4、该寄存器被微控制器读过之后，所有位被复位，则/INT为1，中断信号自动清除，以免重新引起中断。,各个位的功能如下：,发送缓冲区,用来存储微控制器要发送的一个报文。发送缓冲区只有在工作模式下才可被微控制器写入和读出。在复位模式下读出的值是“FFH”。,ID0ID10为报文标识符，在仲裁过程中决定总线访问的优先级，值越低，优先级越高；其中ID10ID3还用作地址过滤,远程发送请求位：1远程帧；0数据帧,数据长度码：决定数据区的长度，采用8421编码，最大为8,接收缓冲区,几点说明：1、接收缓冲区的整体配置和发送缓冲区相似，因为接收缓冲区的数据即是由发送缓冲区发送过来的数据；2、接收缓冲区是RXFIFO中可访问的部分，位于CAN地址的2029之间；3、标识符、远程发送请求位、数据长度码和数据，除地址不同之外，具有与在发送缓冲区中所描述的相同含义和配置；,4、RXFIFO共有64字节的报文空间。如果RXFIFO中没有足够的空间来存储新的报文，CAN控制器就会产生数据溢出。数据溢出发生时，已部分写入RXFIFO的当前报文将被删除，这种情况会通过状态位或数据溢出中断指示给微控制器。,利用接收过滤器，CAN控制器只允许接收标识符位（ID10ID3）与接收过滤寄存器中预设值相一致的报文进入RXFIFO中。接收过滤器通过接收码寄存器和接收屏蔽寄存器来定义。（1）接收码寄存器（ACR）（预设本地节点地址）,接收过滤器,（2）接收屏蔽寄存器（AMR）,定义接收码寄存器与接收滤波的对应位的哪些位是“相关的”(AM.X=0)或“不予关心的（AM.X=1）,地址过滤方法：接收码位（AC.7AC.0）（本地节点地址，需预先设定）和报文标识符的高8位（ID.10ID.3）必须在被接收屏蔽位（AM.7AM.0）标定为相关的那些位的位置上相等，报文才被接收。,思考题：CAN总线的发送器和接收器均使用SJA1000，采用CAN2.0A规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：（1）11001100001；（2）11001101001；（3）11001000001；（4）11001001001。欲使接收器只接收报文（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？,总线定时寄存器0的内容确定波特率预置器（BRP）和同步跳转宽度（SJW）的值。在复位模式下，此寄存器是可以被访问（读/写）的。,总线定时寄存器0（BTR0）,（1）波特率预置器（BRP）决定CAN的系统时钟和位定时,可见：系统时钟频率最大只能为振荡频率的1/2,（2）同步跳转宽度（SJW）为了补偿在不同总线控制器（SJA1000）的时钟振荡器之间的相移，任何总线控制器必须重同步于当前发送的任何相关信号沿。同步跳转宽度确定一个位时间可以被一次重同步所缩短或延长的时钟周期的最大数目：,总线定时寄存器1的内容确定位周期的长度、采样点的位置和在每个采样点欲获取的采样数目。在复位模式，可读/写。各个位的定义如下：,总线定时寄存器1（BTR1）,采样位,时间段1,时间段2,（1）采样位（SAM）,（2）时间段1（TSEG1）和 时间段2（TSEG2）TSEG1 和 TSEG2 决定每一位的时钟周期数目（即传送一个位的时间）和采样点的位置，这里定义：,同步段,因为tscl=4tCLK,故波特率预设值BRP=000001,tTSEG1=6tscl，故TSEG1=0101,tTSEG2=3tscl，故TSEG1=010,采样点的位置在TSEG1的最后,采样3次，故SAM=1,故：位周期=tSYNCSEG+tTSEG1+tTSEG2=10tSCL,思考题：使用晶振频率为16MHz的独立CAN控制器SJA1000，若BTR0=01H，BTR1=1CH，则由其所决定的位速率是多少？（250Kbps）,输出控制寄存器允许由软件控制建立不同输出驱动的配置。在复位模式，可读/写。,输出控制寄存器（OCR）,各个位的定义如下：,作用于TX1,作用于TX0,OCMODE位的设置,（双向输出模式）,在隐性位期间所有输出呈现“无效”（悬空），而显性位交替在TX0和TX1上发送，即第一个显性位在TX0上发送，第二个在TX1上发送，第三个在TX0上发送，依次类推,将下一次系统时钟的上升沿RX上的电平反映到TXx上,位序列（TXD）通过TX0和TX1送出,TX0引脚和正常模式功能一样，TX1为系统时钟输出,输出引脚配置,OCPOLx决定输出极性,OCTPx，OCTNx决定输出驱动的特性（悬空、上拉、下拉、推挽）,推挽,1、控制输出给微控制器的CLKOUT频率，也可使CLKOUT引脚失效，禁止输出；2、控制TX1上的专用接收中断脉冲、接收比较器旁路、BasicCAN模式与PeliCAN模式的选择；3、在硬件复位后，寄存器的默认状态对Motorola模式为12分频（00000101）、对Intel模式为2分频（00000000）；4、软件复位或总线关闭时，此寄存器内容不受影响。,时钟分频寄存器（CDR）,各个位的定义如下：,位CD.2CD.0定义外部CLKOUT引脚上的频率,时钟关闭位：置1使外部CLKOUT引脚失效位RXINTEN:置1则允许TX1输出用来做专用接收中断输出位CBP:置位可以旁路CAN输入比较器，一般都采用这种模式，以减少内部延时，此时只有RX0起作用，RX1应接一个确定的电平位CAN模式：0BasicCAN模式；1PeliCAN模式,CAN控制器对寄存器的操作,初始化期间：确定CAN总线通信速率/位周期总线定时寄存器0、总线定时寄存器1接收过滤接收码寄存器、接收屏蔽寄存器输出驱动器配置输出控制寄存器BsicCAN（默认）、PeliCAN模式选择和时钟分频时钟分频寄存器工作状态：发送数据、接收数据发送缓冲器、接收缓冲器发送/接收数据过程当中的中断使能、状态指示以及命令设置控制、状态和命令寄存器,4.3 CAN控制器接口PCA82C250,1 特性2 一般说明3 方框图4 引脚排列,5 极限值6 应用电路,CAN控制器接口芯片PCA82C250是协议控制器和物理传输线路之间的接口，对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力。,PCA82C250的作用,1 特性,与“ISO11898”标准（高速通信控制器局域网国际标准）完全兼容；高速率（可达1Mb/s）；具有抗汽车环境中瞬间干扰、保护总线的能力；采用斜率控制，以降低射频干扰（RFI）；采用差分收发器，抗宽范围的共模干扰，抗电磁干扰（EMI）；,1 特性,热保护；电源和地之间的短路保护；低电流待机模式；未上电节点不影响总线；总线可连接110个节点；工作温度范围：-40+125,2 一般说明,3 方框图,起限流作用：用于防止发送输出级对电源、地或负载短路。保护过程：短路出现时功耗增加，结温升高，当结温超过160时，两个发送器输出端极限电流将减小，因而限制了芯片的温度升高，保护了芯片。,引脚Rs用来选定PCA82C250的工作模式：高速、斜率控制和待机,提供2.5V（0.5VCC）参考电压输出,4 引脚排列,封装形式：DIP8、SO8,5 极限值,6 应用电路,RX1为一确定的电平，这里为低。这种方式为旁路CAN输入比较器以减少内部延时，使用时要置位时钟分频寄存器的CBP位,为了保护CAN节点，SJA1000的TX0和RX0都通过光电隔离电路连接到收发器PCA82C250,Rs接一电阻到地，工作于斜率控制模式,CAN总线上的两个124 欧姆的电阻为终端匹配电阻,注意：这里的VDD、VSS也为一组5V的电源，但必须也得与+5V、0V的电源进行隔离，通常采用带隔离的DC-DC,4.4 CAN应用节点设计,随着CAN总线技术的发展，CAN总线系统在工业控制领域扮演着非常重要的角色。CAN节点是构成CAN总线系统的基本单元，因此，掌握CAN节点的设计十分重要。,4.4.1 硬件电路设计,一个CAN节点硬件电路的基本构成包括：微控制器（AT89S52）CAN控制器（SJA1000）CAN总线收发器（PCA82C250）复位电路（IMP708）另外CAN节点往往还包括数据采集电路（A/D）、传感器检测电路和执行机构。,/MR手动复位输入，低脉冲触发VCC,GND+5V电源，地PFI电压监视输入，当PFI端低于1.25V时，/PFO变低。当不使用此功能时，PFI接地或者VCC/PFO电压监视输出，当PFI小于1.25V时，/PFO输出为低/RESET上电或手动复位时，产生一个200ms的低复位脉冲输出RESET上电或手动复位时，产生一个200ms的高复位脉冲输出,IMP708复位芯片介绍,SJA1000的中断输出是开漏输出，故应加一上拉电阻,SJA1000的片选/CS接到单片机的P2.6，故片内寄存器高8位地址为0BFH,采用Intel模式，MODE接高电平,本电路采用外接驱动收发电路，故RX1端接一确定的电平，这里为低，以旁路CAN输入比较器，减少延时,微处理器AT89S52是整个系统的核心，它负责SJA1000的初始化，并且通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务,时钟电路,复位电路,驱动收发电路,上拉，增强驱动能力,4.4.2 CAN节点软件设计,包括：初始化子程序发送子程序接收子程序,1、初始化子程序设计,SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行，初始化主要包括：1、接收屏蔽寄存器（AMR）和接收代码寄存器（ACR）的设置2、波特率及位周期设置（BTRO,BTR1）3、输出控制寄存器设置（OCR）4、时钟分频寄存器(CDR)设置5、中断允许寄存器（IR）设置,SJA1000初始化流程图,几点说明,单片机对SJA1000寄存器的操作，是对外部RAM单元的访问，故使用MOVX指令时钟分频寄存器（CDR）的值应设置为#40H（课本有误）（因为位CDR.6(CBP)置位以旁路CAN 输入比较器）地址过滤的设置：,4、通信波特率的计算，通信波特率由BTR0和BTR1决定。表4-60为通信距离与通信波特率的关系表，可以通过位速率和最大总线长度的条件来选择BTRO和BTR1，无需自己计算,2、发送子程序设计,报文发送程序流程图,SR.2=1?,置CMR.0=1,3、接收子程序设计,报文接收程序流程图,SR.0=1?,SR.1=1?,中断方式,外部中断服务程序流程图,思考题,1.请写出CAN的中文全称。2.CAN是哪个世纪哪个年代由德国Bosch公司推出的，CAN已成为哪两个国际标准？3.CAN的10个技术特点中哪个技术特点是它最突出的技术特点？4.CAN可以分为物理层和数据链路层，其数据链路层又可以分为哪两层？5.请列出CAN数据帧的7个位场。,思考题,6.CAN总线的数据帧中数据长度码和数据字节数的关系。7.CAN总线的最大长度是多少？8.CAN总线的最大通信距离是多少？9.CAN数据帧中的RTR位为显性还是隐性？CAN远程帧中的RTR位为显性还是隐性？10.CAN包括哪4种类型的帧？11.CAN的正常位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2这4个时间段组成，那么其采样点处于哪个段的结束？,思考题,12.ISO11898是如何规定CAN总线典型电平的？13.CAN总线中，通过报文标示符ID确定报文的优先级，若4个标准格式数据帧的报文标示符ID分别为11001100001、11001101001、11001000001和11001000010，那么它们争用总线时，哪个报文获得总线的访问权？14.CAN总线标准格式数据帧的最小位数为多少，最大位数又为多少？15.设CAN总线的通信速率为500kbps（1位时间为2us），对于2字节标准格式的数据帧（位数为60位），若其帧间空间为3位，请计算其最小CAN中断时间？,思考题,16.独立CAN控制器SJA1000的最大时钟频率为多少？17.若CAN总线定时寄存器0（BTR0）的值为“11000011”，请计算CAN总线的系统时钟周期tscl(计算方法见书97页)？18.CAN总线定时寄存器1（BTR1）的BIT5位即SAM位为“1”时，总线被采样1次还是3次？19.PCA82C250是CAN控制器还是CAN控制器接口芯片？,思考题,21、CAN现场总线的发送器和接收器均使用SJA1000，采用CAN2.0A规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：（1）11001100001；（2）11001101001；（3）11001000001；（4）11001001001。欲使接收器只接收报文（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？,思考题,22、CAN节点使用SJA1000，振荡器频率为16MHz，若使波特率为1Mbps，如何设置SJA1000的BTR0和BTR1？23、使用晶振频率为16MHz的独立CAN控制器SJA1000，若BTR0=01Hex，BTR1=1Chex，则由其所决定的位速率是多少？,Thank you!,