基于SJA1000的CAN总线系统节点仿真平台的实现

引言

控制器局域网(CoNtroller Area Network，CAN)，是德国Bosch 公司为汽车的监控系统而设计的总线式串行通信网络，它具有良好的组网灵活性、开放性、扩展性和兼容性，它的抗干扰、自诊断、自监控和纠错能力强，可靠性高，它的协议模型结构简单，实时性好，性价比高，便于开发，它是目前唯一有国际标准的现场总线，它的应用范围已经远远超出汽车监控系统，它适用于许多领域中分布式自动控制系统，如：工业过程控制和自动化，智能结构和分布管理等，成为很有推广普及应用潜力的现场总线。

为便于CAN总线在不同领域的推广普及应用，研制一种通用的CAN总线系统基本组成单元――节点的仿真平台，通过仿真使研究开发CAN总线系统的成本和周期降低，这是很有实际应用价值的。

本仿真平台选用Philips公司的SJA1000芯片作为CAN控制器，它除了具有基本CANPCA82C200芯片标准模式的所有功能外，更增加了一种新的工作模式―PeliCAN模式，这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议，如：兼容性和扩展性更强，检错和纠错能力更强，支持热插拔等，设计更方便灵活，而芯片价格低廉，很适合作通用的CAN总线系统节点仿真平台之用。

为了适应多种不同领域的自动控制系统仿真需要，可采用普通PC机作为各种不同的自动控制系统的传感器、执行器和人机键控和显示接口的仿真器，形成仿真平台，提高节点的通用性，灵活性和可扩展性。通过仿真PC机可模拟各种不同应用系统。

仿真平台的硬件设计

所设计的CAN总线系统节点仿真平台硬件系统框图如图1所示。

图1CAN总线系统节点仿真平台

总线系统采用价格低廉而安装方便的双绞线作为通信介质，将各节点联接成网络系统。每个节点由CAN控制器、CAN收发器、微处理器和仿真PC机四个功能模块组成。

CAN控制器SJA1000作为核心，执行CAN协议，包括数据的成帧和解帧以及帧的收发等等。

由于SJA1000的总线驱动能力有限，它通过CAN收发器PCA82C250芯片与物理总线联接起来。CAN收发器将来自CAN控制器的逻辑电平信号转换成适合在CAN总线上传输且能被CAN收发器接收的逻辑电平信号，起到抗瞬间干扰和射频干扰，增大通信距离和保护总线等作用；为了进一步增强抗干扰能力，在SJA1000与PCA82C250之间，可用高速光电耦合器6N137实现总线上各CAN节点间的电平隔离。

CAN控制器和收发器配合完成CAN协议中物理层和数据链路层的通信协议功能。微处理器89C51控制SJA1000的功能，包括初始化和监控管理，实现数据的收发通信，执行应用层功能。

仿真PC机通过串口芯片MAX232实现与微处理器之间的电平转换和通信，从而实现与CAN总线通信。PC机可作为各种不同的自动控制系统的传感器、执行器和人机键控和显示接口的仿真器，形成仿真平台，提高节点的通用性，灵活性和可扩展性。通过仿真PC机可模拟各种不同的应用系统。

仿真平台的软件设计(图2)

软件设计主要是对微处理器进行应用编程，实现SJA1000的初始化(包括工作模式、滤波器、中断使能寄存器等初始值的设置)，监控管理和键控显示。微处理器采用中断工作模式，使响应速度提高，支持系统实时性。中断流程如图2。

图2 中断流程图

软件设计的核心是微处理器与CAN控制器之间的数据通信。最终实现CAN网络节点间的数据通信。编程采用模块化方式，方便修改、升级和调试，支持系统灵活性、开放性和可扩展性。

小结

本文的基于SJA1000的CAN总线系统节点仿真平台，经测试得，可实现两个节点间的数据正确的发送和接收，并实现了节点和仿真PC机之间的通信以及键控输入、数据显示等功能。它的硬件结构简单价廉，软件灵活，易修改、升级和进一步组网等的开发，通过仿真PC机可模拟各种不同应用系统。通过仿真使研究开发CAN总线系统的成本和周期降低，该仿真平台为CAN总线系统在汽车及其它多种不同领域的自动控制系统中推广应用，提供了方便的研究开发条件，为CAN的普及和提高提供了有益的参考实例。