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引言 CAN是Controller Area Network的縮寫(xiě)，是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇，具有通信實(shí)時(shí)性好、糾錯(cuò)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。RS-232是美國(guó)電子丁業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。它作為計(jì)算機(jī)串行通信接口，已經(jīng)被廣泛的使用。RS-232的缺點(diǎn)就是傳輸距離短，而且只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，無(wú)法組建多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線正好彌補(bǔ)了RS-232的這些缺點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)RS-232轉(zhuǎn)CAN總線協(xié)議的適配器，既可以發(fā)揮RS-232的通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又可以利用CAN總線解決遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 1 CAN協(xié)議幀功能及結(jié)構(gòu)分析 CAN協(xié)議使用5種幀來(lái)完成通信。分別是數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀、幀間間隔。其中，數(shù)據(jù)幀就是發(fā)送單元向接收單位發(fā)送數(shù)據(jù)所用的幀。數(shù)據(jù)幀分兩種，具有11位標(biāo)識(shí)符的幀叫做標(biāo)準(zhǔn)格式，具有29位標(biāo)識(shí)符的幀叫做擴(kuò)展格式。 2 RS-232轉(zhuǎn)CAN總線協(xié)議適配器的總體設(shè)計(jì)及工作原理 RS-232轉(zhuǎn)CAN總線協(xié)議適配器分為RS-232接口部分，微處理器和CAN總線接口部分。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 
圖1 RS-232轉(zhuǎn)CAN總線協(xié)議適配器的結(jié)構(gòu)框圖 當(dāng)串口向CAN總線接口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸送到MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將RS-232電平轉(zhuǎn)換成TrL電平，然后STC89C51對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，將有效數(shù)據(jù)提取出來(lái)．增加幀結(jié)構(gòu)信息、幀類(lèi)型、字節(jié)長(zhǎng)度和標(biāo)識(shí)符等，這樣就生成CAN報(bào)文格式．然后由CAN總線控制器MCP2510發(fā)送出去。 當(dāng)CAN總線接口向串口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線控制器MCP2510接受到數(shù)據(jù)，然后輸送給STC89C51．進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為RS-232通信格式，然后輸送給MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，就得到了符合RS-232格式的數(shù)據(jù)。 3 RS-232轉(zhuǎn)CAN總線協(xié)議適配器的軟硬件設(shè)計(jì) 3．1硬件設(shè)計(jì) 3．1．1微處理器 微處理器采用的是STC89C51，帶4K字節(jié)的FLASHFPROM，高性能的8位單片機(jī)。STC89C51的作用就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以及總線控制器的初始化。 3．1．2 RS-232接口部分 RS-232接口部分的電路圖如圖2所示。
圖2 RS-232接口部分的電路圖 RS-232接口部分由MAX232芯片構(gòu)成。使用5v單電源供經(jīng)發(fā)送結(jié)束。處理器將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入MCP2510的緩沖區(qū)電。可實(shí)現(xiàn)rI'IIJCMOS電平與RS-232電平的轉(zhuǎn)換，包含2路接收和驅(qū)動(dòng)器，。MAX232可以把5 v電壓變換成RS-232輸出電平所需的+10 V電壓。 3．1．3 CAN總線接口部分 CAN總線接口部分由CAN總線控制器和CAN總線收發(fā)器組成。 (1) CAN總線控制器MCP2510 MCP2510是一種帶有SPI接口的CAN控制器，它支持CAN技術(shù)規(guī)范V2．0MB，并能夠發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的信息幀同時(shí)具有接收濾波和信息管理的功能。MCP2510通過(guò)SPI接口與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)5Mb／s，MCU可通過(guò)MCP2510與CAN總線上的其它MCU單元通訊。MCP2510內(nèi)含三個(gè)發(fā)送緩沖器、二個(gè)接收緩沖器。同時(shí)還具有靈活的中斷管理能力．這些特點(diǎn)使得MCU對(duì)CAN總線的操作變得非常簡(jiǎn)便。 (2)CAN總線高速收發(fā)器TJA1050 TJAl050是CAN總線協(xié)議控制器和物理總線之間的接口．可以為總線提供不同的發(fā)送性能．為CAN總線控制器提供不同的接收性能．而且它與IS01 1898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。采用TJAl050的目的是增大通信距離、提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力、保護(hù)總線、降低射頻干擾及實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。CAN總線接口部分的電路圖如圖3所示。
圖3 CAN總線接口部分的電路圖 3．2 軟件設(shè)計(jì) RS-232轉(zhuǎn)CAN總線協(xié)議適配器的軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)STC89C51的初始化，CAN總線控制器的初始化，數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收以及錯(cuò)誤處理等。具體流程如圖4所示。
圖4軟件設(shè)計(jì)流程圖 (1) STC89C51的初始化 單片機(jī)STC89C51上電復(fù)位后，要對(duì)單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)控制寄存器、串行控制器、中斷優(yōu)先級(jí)控制器、中斷使能寄存器等進(jìn)行初始化。 (2)CAN總線控制器的初始化 要實(shí)現(xiàn)CAN通信。首先要對(duì)CAN控制器進(jìn)行初始化。MCP2510中有3個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)，可以循環(huán)使用，也可以只使用一個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)，但必須保證在發(fā)送的時(shí)候．前一次的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送結(jié)束。處理器將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入MCP2510的緩沖區(qū)之后，調(diào)用RTS命令即可將數(shù)據(jù)發(fā)送的CAN總線上。 這里定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體MCP2510_Data作為傳輸數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體。 struet{ int id_CAN； char datalength； char data[8]； int IsExt； im rxRTR； }MCP25 10_Data； id_CAN是CAN信息的ID號(hào)，datalength是傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，data是要傳輸?shù)南?shù)據(jù)，IsExt指是否使用擴(kuò)展1D，rxRTR指使用數(shù)據(jù)幀還是遠(yuǎn)程幀。 定義了一個(gè)MCP2510_Rev結(jié)構(gòu)體用于記錄緩沖區(qū)的各種狀態(tài)。 struct{ MCP25 10_Data candata； int nCANREV； int nCANREAD； int loop； }MCP25 10一Rev； nCANREV表示接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)狀態(tài)，nCANREAD表示讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)狀態(tài)，loop表示是否支持回環(huán)模式。 (3)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收 數(shù)據(jù)的發(fā)送接收．包括串行中斷程序和CAN總線中斷程序。中斷流程圖如圖5所示。
圖5中斷流程圖 函數(shù)MCP2510_Write和MCP2510_Read負(fù)責(zé)對(duì)緩沖區(qū)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，MCP25lO_Open負(fù)責(zé)打開(kāi)CAN總線控制器，并清空3個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)，MCP2510_Close負(fù)責(zé)關(guān)閉CAN總線控制器，MCP2510 Comm負(fù)責(zé)向CAN總線控制器發(fā)送各種控制命令。 4 結(jié)束語(yǔ) 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：使用STC89C51設(shè)計(jì)了RS-232與CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換的硬件電路，解決了RS-232與CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)膯?wèn)題。這樣將使很多具有RS-232接口的設(shè)備可以與CAN總線一起構(gòu)成一個(gè)遠(yuǎn)程的通信網(wǎng)絡(luò)，既節(jié)省了成本，又 保證了設(shè)備的兼容性。 作者：謝曜聰 來(lái)源：《微計(jì)算機(jī)信息》2009年第7-2期 |
