中心議題：

• 接口卡的硬件設計
• 接口卡的軟件設計
• 接口卡的係統調試

解決方案：

• 采用同步通信方式進行
• 選用芯片82C250作為CAN控製器和物理總線間的驅動接口

控製器局域網(ControllerAreaNetwork
，CAN)屬於現場總線的範疇，其總線規範已被ISO國際標準化組織製定為國際標準，並被公認為是最有前途的現場總線之一。CAN總線廣泛應用於控製係統中的各檢測和執行機構之間的數據通信。因為CANzongxianshujudechuanshuhechulidouyoujiediandedanpianjiwancheng。zheyangjiushishejizheheguanchazhemeiyoubanfayibijiaozhiguandefangshizhangwozongxiandeyunxingqingkuang。xianzaishichangshangzhuyaoyouliangzhongCAN的接口卡
，使用PCI總線和使用USB接口。

前者具有傳輸速度快的特點，但卻要占用一個計算機的插槽，並且設計上十分困難；後者的傳輸速度也很快，且價格較便宜，但要花費很大的精力進行USB的固件開發和維護
，並要編寫複雜的驅動程序。根據此，需要設計一種能夠方便讀取CAN總線數據
，並通過RS232串行口將數據送給PC機處理和顯示的接口卡；此外還需對其串行傳輸的協議進行加強
，以使能有效地降低傳輸過程中出現的錯誤。

接口卡的硬件設計

硬件部分主要包括主控製器、CAN總線控製器、CAN總線收發器以及與計算機的RS232通信接口芯片等。係統的總體結構如圖1所示。主控製器通過CAN總線接口接收和緩存數據。根據PC機的命令進行選擇性的數據傳輸。



1與CAN總線接口

如圖2所示

，接口卡的控製器選用Atmel公司的AT89S51
，該單片機的引腳和功能與8051兼容，並且內部含有4KB的FLASHROM，支持在係統編程(ISP)，這樣可以很方便地將應用程序下載到單片機裏。

CAN總線控製器選用Philips公司生產的SJA1000，該芯片是PCA82C200CAN控製器的替代品，而且新增加了一種PeliCAN工作模式，能夠支持CAN2．0B協議。它還支持錯誤中斷、報警限製、驗收濾波器擴展和自接收請求等功能。在係統中，將SJA1000的中斷輸出引腳INT接到單片機的中斷輸入引腳
，這樣可以在接收數據或者總線錯誤時產生中斷，由控製器進行相應的處理。SJA1000的片選CS端接單片機的P2．7引腳，這樣SJA1000的地址就確定為7F00H～7FFFH。
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選用芯片82C250作為CAN控製器和物理總線間的驅動接口，可以提供對總線的差動發送能力和對CAN控製器的差動接收能力，其最高速可達1Mb／s。由於實際係統中存在幹擾，故增加高速光隔6N137
，以起到隔離的作用。電氣接口很簡單，有CANH和CANL兩根線，用以完成CAN的數據傳輸。在CAN總線的兩端有一個120Ω的電阻，其作用為匹配總線阻抗，用於提高數據通信的抗幹擾性及可靠性。具體電路如圖2所示。



2與RS232接口

RS232標準是美國電子工業聯合會(EIA)製定的一種串行物理接口標準，它適合於數據傳輸率在O～20000b／s範圍內的通信，目前廣泛用於計算機與終端或外設之間的近端連接。實際工作時，應保證電平在5～15V之間。所以為了與單片機進行通信。必須對其電平進行轉換。現在常用的轉換芯片是MAX232。MAX232內部有電壓倍增電路和轉換電路，隻需5V電源便可實現TTL電平與RS232電平的轉換

，使用十分方便。串口接口電路如圖3所示。

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接口卡的軟件設計

1RS232接口軟件設計

單片機與PC端的數據通信需要設計一個通信協議，采用同步通信方式進行。將通信協議分成命令幀、應答幀和數據幀三種格式。每種幀都包含有起始字節
、數據長度、校驗字節和幀結束字節。具體格式如圖4所示。


命令幀共6個字節，傳輸方向為PC機到單片機。以0X00H作為幀起始，數據長度為2
，當數據1和數據2同為0X00時，表示啟動接口卡，單片機接收到該信號後．會初始化SJA1000，並將結果反饋給PC機(成功或失敗)；當數據1和數據2同為0XFFH時
，表示要求接口卡停止工作，單片機會讓SJA1000進入睡眠模式
，以退出總線；當數據1為0X01H時，表示PC機要求隻接收某個節點的數據，數據2則表示該接點的節點號，單片機會重新設置SJA1000的驗收濾波器，屏蔽掉其他不需要的節點數據。

應答幀共6個字節
，傳輸方向為單片機到PC機。以0X11H作為幀起始，數據長度為2，當單片機接收到PC機的啟動或停止命令，並設置成功後，發送兩字節數據同為0X00H給PC
，若設置失敗，則發送兩字節數據同為0XFFH給PC
；對於PC要求讀取特定節點的命令，單片機以0X10H作為應答起始

，並以兩字節同為0X00H表示成功，兩字節同為0XFFH表示失敗。

數據幀為接口卡從總線上讀到的數據
，因為總線上數據有標準幀、遠程幀等之分
，而且每個幀中裝載的數據長度未知
，所以數據幀的長度不定
，其傳輸方向也為單片機到PC，起始字節為0X22H。SJA1000每次接收到有效數據後會讓單片機產生接收中斷

，單片機則在中斷處理中將數據首先讀入到RAM中暫時存放

，然後計算其數據長度和校驗和
，將數據封裝成幀，然後將幀通過串口送給PC處理和顯示。

各種類型的幀以0X33H作為幀結束標識。校驗和字節用來保證數據的準確性
，單片機在發送數據前將各個字節相加
，並將結果填人校驗字節。PC端接收到數據後
，重新計算校驗和
，並與單片機發送的校驗和相比較，相同則正確接收，否則要求單片機重新發送。

2協議的透明性分析

在(zai)同(tong)步(bu)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，幀(zhen)的(de)起(qi)始(shi)字(zi)節(jie)和(he)結(jie)束(shu)字(zi)節(jie)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)，它(ta)能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)數(shu)據(ju)幀(zhen)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。但(dan)因(yin)為(wei)這(zhe)兩(liang)個(ge)字(zi)節(jie)的(de)存(cun)在(zai)，同(tong)時(shi)也(ye)引(yin)出(chu)了(le)另(ling)一(yi)個(ge)待(dai)解(jie)決(jue)的(de)問(wen)題(ti)，就(jiu)是(shi)當(dang)數(shu)據(ju)場(chang)中(zhong)出(chu)現(xian)了(le)與(yu)起(qi)始(shi)字(zi)節(jie)相(xiang)同(tong)的(de)數(shu)據(ju)時(shi)
，很(hen)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)PC端duan把ba它ta看kan成cheng一yi個ge新xin的de幀zhen起qi始shi，從cong而er導dao致zhi數shu據ju的de處chu理li和he顯xian示shi錯cuo誤wu，這zhe也ye就jiu是shi數shu據ju傳chuan輸shu的de透tou明ming性xing問wen題ti。針zhen對dui串chuan口kou的de數shu據ju傳chuan輸shu，有you一yi種zhong比bi較jiao好hao的de解jie決jue方fang案an。該gai方fang法fa將jiang數shu據ju轉zhuan換huan成cheng為weiASCII字符來進行傳送，就是將每個字節的數據進行拆分，將一個16進製的字節拆分成兩個字節，如5AH，5BH，5CH



，…，可以拆分為50H，0AH
，50H
，0BH，50H
，OCH，…
，PC機再接收到數據後，再將數據進行兩兩相或組合。這樣，隻需要32個字節就可以組合成為00H～0FFH中(zhong)任(ren)一(yi)個(ge)數(shu)據(ju)。但(dan)這(zhe)種(zhong)辦(ban)法(fa)的(de)缺(que)點(dian)也(ye)是(shi)顯(xian)而(er)易(yi)見(jian)的(de)
，應(ying)用(yong)它(ta)所(suo)發(fa)送(song)的(de)有(you)效(xiao)數(shu)據(ju)量(liang)是(shi)正(zheng)常(chang)發(fa)送(song)的(de)兩(liang)倍(bei)
，對(dui)於(yu)串(chuan)口(kou)這(zhe)種(zhong)傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)不(bu)高(gao)的(de)通(tong)信(xin)介(jie)質(zhi)而(er)言(yan)，在(zai)數(shu)據(ju)量(liang)較(jiao)大(da)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，不(bu)是(shi)一(yi)種(zhong)可(ke)取(qu)的(de)方(fang)法(fa)。

在該接口卡中作者采取了另一種轉義字符的方法。首先定義一個轉義字符標識OXDBH。對於CAN總線而言，其每個幀的最大數據長度為8
，即使將CAN的幀信息和識別碼全部當作數據發送，其長度最大也隻有13B。這樣可以肯定的是
，正常情況下數據幀中數據長度字節的高4位必然為0。因此在數據發送之前，首先檢查該數據中是否有與起始字節0X22H
、結束字節0X33H和轉義標識0XDBH相同的數據，如果沒有，則正常發送；如果有，則檢測出與這兩個字節相同數據的個數，並將該個數填充到數據長度字節的高4位中；同時，將這些數據前添加轉義字符標識
，並將該數據進行轉義。如數據0X22H。0X33H
，0XDBH…
，則轉義成0XDBH。0XD2H。0XDBH
，0XD3H，0XDBH，0XDDH…。PC機在接收到數據幀後，首先檢查數據長度字節，看其高4位是否為0，如果為0，說明該數據組不存在轉義字符，可以直接處理；如果為N。則表明數據組中存在N個轉義字符
，並且每個轉義字符都以0XDB開始
，需要首先將它們重新修改回原始數據。相比而言，這種辦法有很好的穩定性和接口利用率，其數據流量也不會很高。

3CAN接口程序設計

CAN總線的接口程序主要就是進行SJA1000的初始化過程和後麵的接收中斷處理過程。CAN初始化主要是設置CAN的通信參數。需要初始化的CAN控製寄存器有：模式寄存器(MOD)
、驗收代碼寄存器(ACR)、驗收屏蔽寄存器(AMR)、總線定時寄存器(RTR)
、輸出控製寄存器(OC)、中斷寄存器(IR)和中斷使能寄存器(IER)等。這些寄存器都隻能在SJA1000處於複位狀態下才可寫訪問。當SJA1000進jin入ru工gong作zuo模mo式shi後hou

，就jiu能neng夠gou自zi動dong接jie收shou總zong線xian上shang的de數shu據ju，並bing將jiang其qi放fang入ru接jie收shou緩huan衝chong區qu，同tong時shi產chan生sheng接jie受shou中zhong斷duan
，單dan片pian機ji進jin入ru中zhong斷duan後hou將jiang數shu據ju從cong緩huan衝chong區qu中zhong讀du出chu
，並bing釋shi放fang緩huan衝chong區qu。中zhong斷duan返fan回hui後hou
，再zai將jiang數shu據ju封feng裝zhuang成cheng幀zhen發fa送song給geiPC機。

4PC端程序設計

PC端程序使用VB6．0進行開發。VB6．O在圖形界麵的製作上比較方便，使用Mscomm組件能夠輕鬆地製作串口的監視環境。隻要在軟件設計時將上述協議添加進行。圖5給出了使用VB6．0開發的軟件調試情況。


該CAN總線接口卡經過實驗驗證，證明可以達到預期的要求，能夠良好地監視總線上的數據，而且結構簡單，有較大的利用價值。當CAN總線係統數據流量較大時，可以考慮使用USB接口和PC機進行通信，這樣就能夠更好地解決速度匹配和應用場合受限的問題。