CAN控制器SJA1000及其應用

作者：時間：2012-04-10 來源：網絡

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摘要：介紹CAN控制器SJA1000的特點、內部結構以及SJA1000的寄存器結構及地址分配；CAN協議通信格式。并以獨立CAN控制器SJA1000為例，結合CAN協議說明了一種通用型CAN總線的開發與設計。

本文引用地址：http://www.j9360.com/article/149260.htm

關鍵詞：CAN總線索SJA1000單片機

1 SJA1000簡介

SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品，功能更強，具有如下特點：

①完全兼容PCA82C200及其工作模式，即BASIC CAN模式；

②具有擴展的接收緩沖器，64字節的FIFO結構；

③支持CAN2.0B；

④支持11位和29位識別碼；

⑤位速率可達1Mbit/s；

⑥支持peliCAN模式及其擴展功能；

⑦24MHz的時鐘頻率；

⑧支持與不同微處理器的接口；

⑨可編程的CAN輸出驅動配置；

⑩增強了溫度范圍(-40℃~+125℃)。

2 SJA1000內部結構

SJA1000的內部結構如圖1所示，主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器(含發送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIFO)、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內部振蕩器及復位電路等構成。IML接收來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向主控器提供中斷信息及狀態信息。CPU的控制經IML把要發送的數據寫入TXB，TXB中的數據由BSP處理后經BTL輸出到CAN BUS。BTL始終監視CAN BUS，當檢測到有效的信息頭隱性電平－控制電平的轉換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理，并由ASP過濾，只有當接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以緩存64字節的數據，該數據可被CPU讀取。EML負責傳送層中調制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使BSP和IML進行錯誤統計。

3 SJA1000的寄存器結構及地址分配

表1是工作在BASIC CAN模式下的SJA1000的寄存器結構及地址分配表。CAN控制器工作模式的設定、數據的發送和接收等都是通過這些寄存器來實現的。時鐘分頻寄存器OCR用于設定SJA1000工作于BASIC CAN還是PeliCAN，還用于CLKOUT引腳輸出時鐘頻率的設定，在上電初始化控制器時必須首先設定；在工作模式下，控制寄存器CR用于控制CAN控制器的行為，可讀可寫；命令寄存器CMR只能寫；狀態寄存器SR只能讀；而IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR在工作模式下讀寫無意義。通常，在系統初始化時，先使CR．0=1，SJA1000進入復位模式。在此模式下IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1及OCR均可讀可寫，此時設置相應的初值。當退出復位模式時，SJA1000即按復位時設定的相應情況工作于工作模式，除非再次使芯片復位，否則上次設定的值不變。當需要發送信息時，若發送緩沖器空閑，由CPU控制信息寫入TXB，再由CMR控制發送；當接收緩沖器RXFIFO未滿且接收信息通過了ASP，則接收到的信息被寫入RXFIFO。可通過兩種方法讀取接收到的信息。一種方法是，在中斷被使能的情況下，由SJA1000向CPU發中斷信號，CPU通過SR及IR可以識別該中斷，并讀取數據釋放接收緩沖器；另一種方法是直接讀取SR，查詢RXFIFO的狀態，當有信息接收時，讀取該信息并釋放接收緩沖器。當接收緩沖器中有多條信息時，當前的信息被讀取后，接收緩沖器有效信號會再次有效，通過中斷方式或查詢方式可以再次讀取信息，直到RXFIFO中的信息被全部讀出為止。當RXFIFO已滿，如還有信息被接收，此接收信息不被保存，且發出相應的緩沖器溢出信號供CPU讀取處理。

4 CAN協議通信格式

CAN協議通信格式中有四種幀格式：數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。其中數據幀和遠程幀的發送需要在CPU控制下進行，而出錯幀和超載幀的發送則是在錯誤發生或超載發生時自動進行的。因此人們更關心前兩個幀的結構。數據幀結構如圖2所示。

一個完整的數據幀格式，除仲裁場、控制場、數據場外都是CAN控制器發送數據時自動加上去的，而仲裁場、控制場、數據場則必須由CPU控制給出。用SJA1000時，寫出發送緩沖器的TXID0、TXID1即設定了相應的仲裁場和控制場。TXID0即為仲裁場的高8位，TXID1的高3位為仲裁場的低3位，仲裁場共11位。TXID1的第5位為RTR位，即遠程請求位，在數據幀中為0；TXID1低四位標示數據場所含字節數的多少，稱為DLC。RTR與DLC共同構成控制場。發送的數據組成數據場，最多不超過8個字節。遠程幀與數據幀的形式差別在于沒有數據場。除此形式上的差別外，在遠程幀中RTR位須置1，表示請求數據源節點向它的目的節點(即發送遠程幀的節點)發送數據。源節點接收到該幀后，把要發送數據用數據幀發給目的節點，完成數據請求。CRC場與ACK場都是在低層次上為提高傳輸的可靠性而自動進行的。任何幀與幀之間是幀間空間。

5 設計實例

5.1 整體設計思路

這里用SJA1000與AT89C51芯片設計一種具有通用性的工業測控系統，系統的結構圖如圖3所示。

CAN總線是一種多主總線，理論上任何一個節點都可以作為主節點。在本系統中設置與上位PC機相連的節點1和節點2為上位節點，其它節點為底層節點。在任務比較簡單的系統中，也可以只設置一臺上位PC機，PC機通過串口與節點上的CPU通信，CPU再與CAN控制器SJA1000通信，實現信息在CAN BUS上的發送與接收。節點1與節點2的結構相同，而底層節點根據應用的不同具有不同的功能。但它們都具有與CAN BUS通信的能力，上傳數據和接收數據。

5.2 電路原理圖

節點1與節點2的原理圖如圖4所示。AT89C51通過MAX232與PC機串行通信。設置SJA1000工作于Intel模式，由PC機發送的數據寫入AT89C51，再通過P0口及控制信號將數據寫入SJA1000并通過CAN收發器發送。接收數據是通過中斷進行的，CAN BUS的數據經CAN接口芯片82C250接收并寫入SJA1000的RXFIFO，然后通過中斷提請CPU讀取。讀取的數據由RS232口上傳送給PC機。

在本系統中其它節點不與PC機通信，此時AT89C51除與SJA1000相接的口線外還剩余口線，可以做其它用途。如用于數據的采集，則與A/D轉換芯片相接即可；如與控制相關，則與控制口相接即可，這樣一來可以靈活地構成各種系統。