P87C591内嵌CAN控制器的应用设计
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关键词：P87C591 CAN 节点 PeliCAN 应用设计
引言
CAN属于总线式串行通信网络。由于其独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN总线早已成为国际标准，其应用范围也从最初的汽车电控逐步扩展到工业控制的各个领域，成为最有前途的现场总线之一。CAN总线上的节点一般采用单片机外加CAN控制器的设计方法，不利于产品的集成和成本的降低。现在Philips公司推出的P87C591集成了CAN控制器SJA1000。本文将详细介绍基于P87C591的CAN智能节点软硬件设计及其应用。
1 P87C591简介
P87C591有44个引脚，是一个单片8位高性能微控制器，具有片内CAN控制器。它从MCS-51微控制器家族派生而来，采用了强大的80C51指令集并包括了Philips半导体SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。全静态内核提供了扩展的节点方式。振荡器可停止和恢复而不丢失数据。改进的1：1内部时钟分频器，在12MHz外部时钟速率是实现500ns指令周期。中央处理器CPU使用的操作数来自3个存储空间：16KB内部程序存储器，可扩展到64KB；512B内部数据存储器；最大64KB外部数据存储器。图1为P87C591的功能框图。
有关芯片的引脚定义和更多的扩展功能可参阅P87C591芯片资料，在此不多讲。芯片引脚P3.0和P3.1作为复用脚使用，除了具有普通C1单片机功能外，还可分别复用为CAN的RxD和TxD输入输出脚。
P87C591包括Philips半导体公司的独立CAN控制器SJA1000具有的所有功能，并在此基础上扩展了以下功能：①增强的CAN接收中断，有接收缓冲区级的接收中断；用于接收中断的高优先级验收滤波器。②扩展的验收滤波器，8个滤波器用于标准帧格式，4个滤波器用于扩展帧格式；验收滤波器的“运行中改变”特性。
图1
2 PeliCAN控制器的CPU之间的通信
CPU与CAN之间的接口功能框图如图2所示。80C51CPU接口将PeliCAN与P87C591微控制器内部总线相连，通过5个特殊功能寄存器CANADR、CANDAT、CANMOD、CANSTA和CANCON对PeliCAN寄存器和RAM区进行快捷的访问。由于支持大范围的地址，基于寻址的间接指针允许使用自动增加模式对寄存器进行快速访问，这样就将所需的SFR的数目减少到5个。需要注意的是，CANCON和CANSTA根据访问方向的不同而具有不同的寄存器结构。PeliCAN寄存器可以通过两种不同的访问访问。那些控制CAN主要功能最重要的几个寄存器，支持软件轮询，可以像单独的SFRs一样直接访问；而PeliCAN模块中的其它部分通过一个间接的指针机制进行访问。为了达到高数据吞吐量，在使用间接寻址时也包含了地址增加的特性。
3 特殊功能寄存器
下面简要介绍5个特殊功能寄存器。
①CANDAR。该读/写寄存器定义通过CANDAT访问的PeliCAN内部寄存器的地址，可以将其解释为对PeliCAN的一个指针。对PeliCAN块寄存器的读/写访问通过CANDAT寄存器执行。通过地址自动增加模式，为CAN控制寄存器提供了快速的类似栈的读/写。如果CANADR内当前定义的地址大于或等于32（十进制），CANADR的内容在任意对CANDAT读/写操作后自动增加。例如，将一个信息装入发送缓冲区可通过将发送缓冲区的首地址（112）写入CANADR，然后将信息字节一个接一个写入CANDAT。CANADR超过FFH后复位为00H。如果CANADR小于32，不会执行自动地址增加。即使CANDAT执行读或写，CANADR的值仍保持不变。这允许在PeliCAN控制器的低地址空间进行寄存器轮询。
②CANDAT CANDAT作为一个读/写寄存器。特殊功能寄存器CANDAT看上去是对CANADR所选的CAN控制器内部寄存器的一个端口。对CANDAT寄存器的读写等效于对该内部寄存器的访问。需要注意的是，如果CANADR中当前的地址大于等于32，那么任何对CANDAT的访问将使LANADR自动增加。
③CANMOD对PeliCAN模块寄存器CANMOD是直接进行读写访问的，模式寄存器位于PeliCAN模块中的地址00H。
④CANSTA根据访问方向的不同，CANSTA提供对PeliCAN的状态寄存器和中断使能寄存器的直接访问。对CANSTA的读操作是对PeliCAN的状态寄存器（地址2）进行访问。对CANSTA的写操作是对中断使能寄存器（地址4）进行访问。
⑤CANCON。根据访问方向的不同，CANCON提供对PeliCAN的状态寄存器中断使能寄存器的直接访问。对CANSTA的CANSTA的读操作是对PeliCAN的状态寄存器（地址2）进行访问。对CANSTA的写操作是对中断使能寄存器（地址4）进行访问。
4 基于P87C591的CAN节点接口应用电路
基于87C591的CAN节点接口应用电路十分简单，只需要附加一些CAN收发电路就可以进行CAN总线数据传输。CAN收发芯片采用philips公司的TJA1050收发器。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力 ，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与TJA1050的TXD和RXF相连，而是通过高速光电耦合器6N167与TJA1050相连。这样，就可以很好地实现总线上的总CAN节点间的电器隔离。不过，应该特别说明的一点是，光电耦合器采用的是两个独立的电源供电，电源Vcc和CAN_V必须完全隔离，否则光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率的电源隔离模块或通过带多路5V隔离输出的开关电源模块实现。这样虽然电路复杂些，但却提高了节眯的稳定性和安全性，具体节点电路如图3所示。
图3
5 CPU对PeliCAN的软件访问
除了CANMOD、CANSTA、CANCON等PeliCAN常用特殊寄存器可以进行直接读/写访问除外，所有其它的CAN寄存器都需要进行间接寻址。CANADR寄存器指向PeliCAN寄存器的地址，在写操作时将要送到被寻址寄存器的数据写入CANDAT；读操作时被寻址寄存器的数据可以从CANDAT中读出。下面的例子说明了对PeliCAN寄存器的直接和间接寻址功能。
/*模式寄存器的直接寻址*/
CANMOD=0x01；/*位RM置1进入复位模式*/
/*对位定时寄存器0和1的间接寻址*/
CANADR=BTR0；/*将地址设置到BTR0寄存器*/
CANDAT=0x45;/*将数据写入BTR0寄存器*/
CANADR=BTR1；/*将地址设置到BTR1寄存器*/
CANDAT=0x2B;/*将数据写入BTR1*/
下面给出上述节点电路的CAN初始化部分的程序。该程序可以直接应用到其它的系统程序之中。初始化部分的源程序如下：
#include<reg591.h>
void ini_can_controller(void)
{
CANMOD=0x01;/*进入复位模式，启动CAN初始化*/
P1M2=P1M2 I 0x02;/*引脚TXDC设置为推挽模式*/
CANSTA=0x03;/*使能接收和发送中断*/
CANADR=BTR0；/*BTR0和BTR1编程为125kb/s，在12MHz条件下*/
CANDAT=0x45;
CANADR=BTR1;/*TSEG1=12,TSEG2=3,SJW=2*/
CANDAT=0x2B;/*用户可根据具体的CAN网络来调整BTR0、BRT1的参数*/
CANADR=AMR10；/*设定接收屏蔽寄存器的址*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:与接收屏蔽寄存器1无关，允许任何数据通过滤波器*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:与接收屏蔽寄存器无关，允许任何数据通过滤波器*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:与接收屏蔽寄存器3无关，允许任何数据通过滤波器*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:与接收屏蔽寄存4无关，允许任何数据通过滤波器*/
CANADR=ACFMODE；/*设定接收滤波器模式寄存器的地址*/
CANDAT=0x01;/*设定BANK1为单滤波模式，标准帧*/
CANADR=ACFENA；/*设定接收滤波器使能寄存器的地址*/
CANDAT=0x01;/*使能BANK1的滤波器*/
CANMOD=0x00；/*请求进入CAN的激活模式*/
while(CANSTA & 0x80);/*等待总线激活*/
}
结语
在CAN网络节点的设计中，使用集成的CAN控制器是大势所趋。本文从硬件和软件的角度对内嵌CAN控制器（SJA1000）的P87C591进行了详细的介绍。不仅给出了P87C591 CAN应用的外围电路接法，还给出了应用的初始化程序，这为以后的系开发提供了一个很好的基础。
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