基于DSP与PIC单片机的CAN总线系统研究

段云强（郑飞公司，450005）



基于DSP与PIC单片机的CAN总线系统研究

段云强
（郑飞公司，450005）

摘要：在工业领域当中，随着技术的不断发展进步，对于工业控制的要求也在不断提高。其中，CAN总线系统作为一种重要的工业控制系统，在工业现场的实际应用中，通过CAN总线节点构成工艺控制系统，能够取得十分良好的控制效果。其中，基于DSP和PIC单片机的CAN总线系统是一种十分常见的系统类型。基于此，本文对其硬件资源、CAN通信功能、以及CAN节点收发器等进行了研究，以期能够提升系统的效率与性能。

关键词：DSP；PIC；单片机；CAN总线系统

0 前言

在工业生产当中，自动控制系统是一种十分重要的系统。随着相应技术的发展，其正朝着嵌入化、网络化的方向转变。而在这一过程中，CAN总线技术发挥了十分重要的作用，其优势十分丰富，能够对节点进行灵活增减，能够适应恶劣的电磁环境，抗干扰能力极强、工作方式丰富，因而已经得到了广泛的应用。例如，由TMS320LF2407型DSP单片机、PIC18FXX8单片机构成CAN总线系统，在实际应用中发挥出了十分良好的作用。

1 硬件资源

在PIC18FXX8系列的单片机当中，配备了CAN控制器，因而具有小而全的特点，能够在很多工业现场进行运行，开发简单便捷、内部资源丰富。对于具有简洁结构、较强抗干扰能力、单一构成功能的CAN节点较为适用。而在TMS320LF2000系列DSP芯片当中，主要进行工业控制。芯片具有丰富的资源和强大的功能，在工业控制系统当中，能够快速、复杂的进行计算。不过，其开发成本、开发难度等都比较大。在分散式控制系统中，通过CAN总线进行连接，具有不同的节点功能。所以，按照节点的实际要求，可利用2407型DSP单片机、PIC18F系列单片机，对节点进行构成，使其优势得到充分的发挥，并且对资源进行有效节约。

2 CAN通信功能

2.1IC18F458的CAN通信功能

在PIC418F系列的芯片当中，都包含了CAN控制器模块，其中包括控制器、报文缓冲器、协议引擎等部分。在PIC18FXX80系列芯片当中，包含了增强型的ECAN控制器模块，因此，这些芯片除了具有CAN功能以外，还具有了较强多驱动能力、EEPROM等功能的并行I/O接口，以及PWM、CAP、CCP等工业控制内部资源。在工艺现场中，能够在CAN节点中发挥出重要的作用。分别利用TXB0、RXB0进行接受和发送，利用11位标识符标准帧来传递数据，根据实际情况，对数据传输字节数设置。在初始化中，设置CAN控制器CANCOM，进入配置状态控制器，经过硬件等到之后，检测CANSTAT.7位，并在配置状态中进行配置。波特率设置为BRGCON1=41H，具有时间当量2倍的同步跳转宽度，其中时间当量TQ=2Fosc×2。BRGCON2=0A9H，进行一次采样和自由编程，具有2TQ的传播段和6TQ的相段1。然后对发送标识符进行设置。节点在发送不同数据内容的时候，会对不同的标识符进行发送。在设置接受部分的时候，对接收数据字节长度、接受标识福过滤器等进行设置，然后对11位标识符屏蔽寄存器进行设置。在完成设置之后，CAN控制寄存器CANCON使控制器转变为工作状态，经过一段时间的硬件等待，完成模式的转换。

2.2TMS320LF2407的CAN通信功能

在2407型CAN控制器当中，邮箱的数量为6个。其中，2、3号邮箱能够实现发送和接受的功能，4、5号邮箱只能实现发送功能，0、1号邮箱只能实现接受功能，这些功能是通过相应软件进行设置的。一般来说，会采用中断方式的接受服务程序、以及查询方式的发送服务程序，从而对现场的实际情况进行更好的适应。在CAN初始化程序当中，需要对CAN标志进行清零，对2、3号邮箱的屏蔽标志、接受标识、发送标识等进行设置。在完成配置之后，等待能位达到允许配置的CCE=1的状态。在允许配置状态实现之后，通过设置CANBCR1、CANBCR2，对波特率进行确定。在设置完成波特率之后，需要对配置过程进行等待，在满足CCE=0的状态时，即证明成功的完成了配置过程。在成功完成配置之后，需要设置邮箱。对邮箱的接受、发送方向进行确定，利用操作主控寄存器MCR，对CAN工作模式进行设置。进入改变数据区请求，设置字节长度、帧结构等。完成设置之后，恢复到CDR=0的正常工作状态。

3 CAN节点收发器

在CAN通信协议当中，对于通信传输介质，并没有进行明确的规定。因此，在设计硬件电路的过程中，可选择的余地也就更多。不过，通常来说，在实际应用当中，通常采用双绞线进行传输。由于能够达到10km的最大传输距离，因而在工艺控制系统中，通常能够对实际要求进行满足。在双绞线传输当中，具有很多不同的收发器芯片可供选择。通常情况下，采用具有8条引脚的82C250型号的芯片，其中，2个引脚分别连接CAN控制器的接收端CANRX、发送端CANTX，2个引脚与CAN总线的CANL、CANH进行连接。在这种连接方式之下，如果没有其它的特殊要求，则在节点之间，则能够实现传递数据的要求。直接连接收发器、处理器的CANRX与CANTX，总线连接收发器CANL与CANH，能够对差动式传输进行形成。通常情况下，会将一个120Ω的电阻并联在CAN总线端口上。虽然CAN总线的抗干扰能力很强，不过为了更好的确保系统可靠性，在进行硬件设计的过程中，仍然需要对抗干扰进行设计。可以分2段的120Ω电阻，并且中心接地，能够对电路平衡性进行确保，并且利用2个100pF的电容，实现抗干扰、阻抗平衡的效果。在某些特定情况下，应当隔离CAN总线、处理器的部分，通常是将光电耦合器加入到电路当中，以实现这一目的。不过，在实际应用当中，除了VDD处理器电源以外，应当将一个直流电源接在光电耦合的另一端。同时，应当分开附加电源公共点，以及处理器公共点VSS，从而彻底的实现隔离效果。

4 结论

CAN总线系统作为工业控制领域当中一种十分重要的系统，在实际工业生产当中发挥了十分关键的作用。为了进一步提升CAN总线系统的性能，对DSP与PIC单片机进行了应用，在不同任务执行节点中，能够对处理器芯片进行自动选择，使两种芯片资源功能得到有效的发挥。同时，通过综合两种单片机，极大的提升了CAN总线系统的性能和作用，对于该领域的发展发挥着积极的作用。

参考文献

［1］罗森侨，彭忆强，易威.基于PIC单片机和CAN总线的纯电动汽车电池管理系统设计［J］.西华大学学报（自然科学版），2013，01：56-59.

［2］邱云峰，尹杰，王义，刘桥. CAN总线技术在现代汽车网络系统中的应用［J］.贵州大学学报（自然科学版），2010，02：91-95.

［3］吴从中，彭维，陈玮.基于PIC18F4550的USB-CAN总线通信模块设计［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2010，11：1648-1651.

［4］辛喆，葛元月，薄伟，张云龙，李亚平，杨建为.基于单片机的纯电动汽车电池管理系统设计［J］.农业工程学报，2014，12：163-170.

［5］苗曙光，李淮江，李峥，赵小敏，杨一军.基于PIC18F4580 的CAN总线多点温度采集系统设计［J］.牡丹江师范学院学报（自然科学版），2013，04：19-20.

Research on CAN bus system based on DSP and PIC MCU

Duan Yunqiang
（Zheng Fei company，450005）

Abstract：In the industrial field， with the continuous development of technology and progress，the requirements for industrial control is also constantly improving.CAN bus system as an important industrial control system，in the practical application of industrial field，through the CAN bus node constitute the process control system，can achieve very good control effect.Among them， the CAN bus system based on DSP and PIC MCU is a very common type of system.Based on this，this paper studies the hardware resources，the CAN communication function，and the CAN node transceiver，in order to improve the efficiency and performance of the system.

Keywords：DSP；PIC；single chip microcomputer；CAN bus system