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CAN控制器SJA1000及其應用
摘要：介紹CAN控制器SJA1000的特點、內部結構以及SJA1000的寄存器結構及地址分配；CAN協議通信格式。并以獨立CAN控制器SJA1000為例，結合CAN協議說明了一種通用型CAN總線的開發與設計。關鍵詞：CAN總線 SJA1000 單片機
1 SJA1000簡介
SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品，功能更強，具有如下特點：
①完全兼容PCA82C200及其工作模式，即BASICCAN模式；
②具有擴展的接收緩沖器，64字節的FIFO結構；
③支持CAN2.0B；
④支持11位和29位識別碼；
⑤位速率可達1Mbit/s；
⑥支持peliCAN模式及其擴展功能；
⑦24MHz的時鐘頻率；
⑧支持與不同微處理器的接口；
⑨可編程的CAN輸出驅動配置；
⑩增強了溫度范圍（-40℃～+125℃）。
圖1 SJA1000內部結構
2 SJA1000內部結構
SJA1000的內部結構如圖1所示，主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器（含發送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIFO）、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內部振蕩器及復位電路等構成。IML接收來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向控制提供中斷信息及狀態信息。CPU的控制經IML把要發送的數據寫入TXB，TXB中的數據由BSP處理后經BTL輸出到CAN BUS。BTL始終監視CAN BUS，當檢測到有效的信息頭“隱性電平-控制電平”的轉換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理，并由ASP過濾，只有當接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以緩存64字節的數據，該數據可被CPU讀取。EML負責傳遞層中調制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使BSP和IML進行錯誤統計。
3 SJA1000的寄存器結構及地址分配
表1是工作在BASIC CAN模式下的SJA1000的寄存器結構及地址分配表。CAN控制器工作模式的設定、數據的發送和接收等都是通過這些寄存器來實現的。時鐘分頻寄存器OCR用于設定SJA1000工作于BASIC CAN還是PeliCAN，還用于CLKOUT引腳輸出時鐘頻率的設定，在上電初始化控制器時必須首先設定；在工作模式下，控制寄存器CR用于控制CAN控制器的行為，可讀可寫；命令寄存器CMR只讀寫；狀態寄存器SR只能讀；而IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR在工作模式下讀寫無意義。通常，在系統初始化時，先使CR.0=1，SJA1000進入復位模式。在此模式下IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1及OCR均可讀可寫，此時設置相應的初值。當退出復位模式時，SJA1000即按復位時設定的相應情況工作于工作模式，除非再次使芯片復位，否則上次設定的值不變。當需要發送信息時，若發送緩沖器空閑，由CPU控制信息寫入TXB，再由CMR控制發送；當接收緩沖器RXFIFO未滿且接收信息通過ASP，則接收到的信息被寫入RXFIFO�？赏ㄟ^兩種方法讀取接收到的信息。一種方法是，在中斷被使能的情況下，由SJA1000向CPU發中斷信號，CPU通過SR及IR可以識別該中斷，并讀取數據釋放接收緩沖器；另一種方法是直接讀取SR，查詢RXFIFO的狀態，當有信息接收時，讀取該信號自并釋放接收緩沖器。當接收緩沖器中多條信息時，當前的信息被讀取后，接收緩沖器有效信號會再次有效，通過中斷方式或查詢方式可以再次讀取信息，查到RXFIFO中的信息被全部讀出止。當RXFIFO已滿，如還有信息被接收，此接收信息不被保存，且發出相應的緩沖器溢出信號供CPU讀取處理。
表1 SJA1000的寄存器結構及地址分配表
接
收
緩
沖
器
4 CAN協議通信格式
CAN協議通信格式中有四種幀格式：數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。其中數據幀和遠程幀的發送需要在CPU控制下進行，而出錯幀和超載幀的發送則是在錯誤發生或超載發生時自動進行的。因此人們更關心前兩個幀的結構。數據幀結構如圖2所示。
(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)
一個完整的數據幀格式，除仲裁場、控制場、數據場外都是CAN控制器發送數據時自動加上去的，而仲裁場、控制場、數據場則必須由CPU控制給出。用SJA1000時，寫出發送緩沖器的TXID0、TXID1即設定了相應的仲裁場和控制場。TXID0即為仲裁場的高8位，TXID1的高3位為仲裁場的低3位，仲裁場共11位。TXID1的第5位為RTR位，即遠程請求位，在數據幀中為“0”；TXID1低四位標示數據場所含字節數的多少，稱為DLC。RTR與DLC共同構成控制場。發送的數據組成數據場，最多不超過8個字節。遠程幀與數據幀的形式差別在于沒有數據場。除此形式上的差別外，在遠程幀中RTR位須置“1”，表示請求數據源節點向它的目的點（即發送遠程幀的節點）發送數據。源節點接收到該幀后，把要發送數據用數據幀發給目的節點，完成數據請求。CRC場與ACK場都是在低層次上為提高傳輸的可靠性而自動進行的。任何幀與幀之間是幀間空間。
5 設計實例
5.1 整體設計思路
這里用SJA1000與AT89C51芯片設計一種具有通用性的工業測試控制，系統的結構圖如圖3所示。
CAN總線是一種多主總線，理論上任何一個節點都可以作為主節點。在本系統中設置與上位PC機相連的節點1和節點2為上位節點，其它節點為底層節點。在任務比較簡單的系統中，也可以只設置一臺上位PC機，PC機通過串口與節點上的CPU通信，CPU再與CAN控制器SJA1000通信，實現信息在CAN BUS上的發送與接收。節點1與節點2的結構相同，而底層節點根據應用的不同具有不同的功能。但它們都具有與CAN BUS通信的能力，上傳數據和接收數據。
5.2 電路原理圖
節點1與節點2的原理圖如圖4所示。AT89C51通過MAX232與PC機串行通信。設置SJA1000工作于Intel模式，由PC機發送的數據寫入SJA1000并通過CAN收發器發送。接收數據是通過中斷進行的，CAN BUS的數據經CAN接口芯片82C250接收并寫入SJA1000的RXFIFO，然后通過中斷提請CPU讀取。讀取的數據由RS232口上傳送給PC機。
在本系統中其它節點不與PC機通信，此時AT89C51除與SJA1000相接的口線外還剩余口線，可以做其它用途。如用于數據的采集，則與A/D轉換芯片相接即可；如與控制相關，則與控制口相接即可，這樣一來可以靈活地構成各種系統。
5.3 軟件設計
該系統的軟件設計分為兩方面：（1）PC機軟件設計，可以用VC++、VB，也可以使用工控軟件完成。如只用于監視系統，設計的重點在于PC機與節點之間的通信。（2）節點上CPU的軟件設計。不論是節點1、2或是其它底層節點，都要用到CAN通信，因此都要設置CAN控制器。其初始化的流程圖如圖5所示。
圖4 節點1和節點2的電路原理圖
具體的例程如下：
MOV DPTR，#CR ；控制寄存器CR的地址送DPTR
MOV A，#01H
MOVX @DPTR，A ；進入復位模式
MOV DPTR，#CDR
MOV A，#00H
MOVX @DPTR，A ；選擇BASIC CAN模式、時鐘不輸出
MOV A，#NODECODE
MOVX @DPTR，A ；節點號NODECODE寫入ACR
MOVX DPTR，#AMR
MOV A，#00H
MOV @DPTR，A ；AMR置為0，當且僅當RXID0=ACR時接收數據。
MOV DPTR，#BTR0 ；設定總線時序寄存器BTR0，系統采用12MHz晶振
MOV A，#85H ；分頻后總線時鐘頻率為2MHz
MOVX @DPTR，A ；同步跳轉寬度為3tscl
MOV DPTR，#BTR1 ；設定總線時序寄存器BTR1
MOV A，#0B4H ；位同步時間為1個tscl，采樣開始位置TSEG1=5tscl
MOVX @DPTR，A ;TSEG2=4tscl，每一位時間10tscl（200kHz），每位采樣3次
MOV DPTR，#OCR ；設置輸出控制寄存器
MOV A，#1AH ；數據從TX0按正常輸出模式同極性輸出
MOV @DPTR，A ；TX1不用
MOV DPTR，#CR ；初始化完成，使控制器退出復位模式，進入工作模式工作。
MOV A，#06H
MOV @DPTR，A
該初始化程序使SJA1000工作在BASIC CAN模式下，CAN總線位速率為200kHz。根據總線傳輸的距離不同速度可以調整。為提高其抗干擾性能，還可以在SJA1000與CAN總線收發器之間加光隔。各節點CPU的其它軟件設計應視節點的功能而定，不再多述。
該系統用于城市區域交通中心信息采集及處理，已取得很好效果。由于傳輸距離較遠，設定速率為10kHz，但可靠性較強，系統成本低廉。
CAN總線以其優良的性能使其應用方興未艾，以SJA1000為控制器構成各種CAN總線系統方便、簡單、成本低廉，這也是開發與應用其它CAN總線產品的基礎。
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