P87C591内嵌CAN控制器的应用设计_传感与控制论文
关键词：p87c591 can 节点 pelican 应用设计
引言
can属于总线式串行通信网络。由于其独特的设计，与一般的通信总线相比，can总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。can总线早已成为国际标准，其应用范围也从最初的汽车电控逐步扩展到工业控制的各个领域，成为最有前途的现场总线之一。can总线上的节点一般采用单片机外加can控制器的设计方法，不利于产品的集成和成本的降低。现在philips公司推出的p87c591集成了can控制器sja1000。本文将详细介绍基于p87c591的can智能节点软硬件设计及其应用。
1 p87c591简介
p87c591有44个引脚，是一个单片8位高性能微控制器，具有片内can控制器。它从mcs-51微控制器家族派生而来，采用了强大的80c51指令集并包括了philips半导体sja1000 can控制器的pelican功能。全静态内核提供了扩展的节点方式。振荡器可停止和恢复而不丢失数据。改进的1：1内部时钟分频器，在12mhz外部时钟速率是实现500ns指令周期。中央处理器cpu使用的操作数来自3个存储空间：16kb内部程序存储器，可扩展到64kb；512b内部数据存储器；最大64kb外部数据存储器。图1为p87c591的功能框图。
有关芯片的引脚定义和更多的扩展功能可参阅p87c591芯片资料，在此不多讲。芯片引脚p3.0和p3.1作为复用脚使用，除了具有普通c1单片机功能外，还可分别复用为can的rxd和txd输入输出脚。
p87c591包括philips半导体公司的独立can控制器sja1000具有的所有功能，并在此基础上扩展了以下功能：①增强的can接收中断，有接收缓冲区级的接收中断；用于接收中断的高优先级验收滤波器。②扩展的验收滤波器，8个滤波器用于标准帧格式，4个滤波器用于扩展帧格式；验收滤波器的“运行中改变”特性。
图1
2 pelican控制器的cpu之间的通信
cpu与can之间的接口功能框图如图2所示。80c51cpu接口将pelican与p87c591微控制器内部总线相连，通过5个特殊功能寄存器canadr、candat、canmod、cansta和cancon对pelican寄存器和ram区进行快捷的访问。由于支持大范围的地址，基于寻址的间接指针允许使用自动增加模式对寄存器进行快速访问，这样就将所需的sfr的数目减少到5个。需要注意的是，cancon和cansta根据访问方向的不同而具有不同的寄存器结构。pelican寄存器可以通过两种不同的访问访问。那些控制can主要功能最重要的几个寄存器，支持软件轮询，可以像单独的sfrs一样直接访问；而pelican模块中的其它部分通过一个间接的指针机制进行访问。为了达到高数据吞吐量，在使用间接寻址时也包含了地址增加的特性。
3 特殊功能寄存器
下面简要介绍5个特殊功能寄存器。
①candar。该读/写寄存器定义通过candat访问的pelican内部寄存器的地址，可以将其解释为对pelican的一个指针。对pelican块寄存器的读/写访问通过candat寄存器执行。通过地址自动增加模式，为can控制寄存器提供了快速的类似栈的读/写。如果canadr内当前定义的地址大于或等于32（十进制），canadr的内容在任意对candat读/写操作后自动增加。例如，将一个信息装入发送缓冲区可通过将发送缓冲区的首地址（112）写入canadr，然后将字节一个接一个写入candat。canadr超过ffh后复位为00h。如果canadr小于32，不会执行自动地址增加。即使candat执行读或写，canadr的值仍保持不变。这允许在pelican控制器的低地址空间进行寄存器轮询。
②candat candat作为一个读/写寄存器。特殊功能寄存器candat看上去是对canadr所选的can控制器内部寄存器的一个端口。对candat寄存器的读写等效于对该内部寄存器的访问。需要注意的是，如果canadr中当前的地址大于等于32，那么任何对candat的访问将使lanadr自动增加。
③canmod对pelican模块寄存器canmod是直接进行读写访问的，模式寄存器位于pelican模块中的地址00h。
④cansta根据访问方向的不同，cansta提供对pelican的状态寄存器和中断使能寄存器的直接访问。对cansta的读操作是对pelican的状态寄存器（地址2）进行访问。对cansta的写操作是对中断使能寄存器（地址4）进行访问。
⑤cancon。根据访问方向的不同，cancon提供对pelican的状态寄存器中断使能寄存器的直接访问。对cansta的cansta的读操作是对pelican的状态寄存器（地址2）进行访问。对cansta的写操作是对中断使能寄存器（地址4）进行访问。
4 基于p87c591的can节点接口应用电路
基于87c591的can节点接口应用电路十分简单，只需要附加一些can收发电路就可以进行can总线数据传输。can收发芯片采用philips公司的tja1050收发器。为了增强can总线节点的抗干扰能力 ，sja1000的tx0和rx0并不是直接与tja1050的txd和rxf相连，而是通过高速光电耦合器6n167与tja1050相连。这样，就可以很好地实现总线上的总can节点间的电器隔离。不过，应该特别说明的一点是，光电耦合器采用的是两个独立的电源供电，电源vcc和can_v必须完全隔离，否则光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率的电源隔离模块或通过带多路5v隔离输出的开关电源模块实现。这样虽然电路复杂些，但却提高了节眯的稳定性和安全性，具体节点电路如图3所示。
图3
5 cpu对pelican的软件访问
除了canmod、cansta、cancon等pelican常用特殊寄存器可以进行直接读/写访问除外，所有其它的can寄存器都需要进行间接寻址。canadr寄存器指向pelican寄存器的地址，在写操作时将要送到被寻址寄存器的数据写入candat；读操作时被寻址寄存器的数据可以从candat中读出。下面的例子说明了对pelican寄存器的直接和间接寻址功能。
/*模式寄存器的直接寻址*/
canmod=0x01；/*位rm置1进入复位模式*/
/*对位定时寄存器0和1的间接寻址*/
canadr=btr0；/*将地址设置到btr0寄存器*/
candat=0x45;/*将数据写入btr0寄存器*/
canadr=btr1；/*将地址设置到btr1寄存器*/
candat=0x2b;/*将数据写入btr1*/
下面给出上述节点电路的can初始化部分的程序。该程序可以直接应用到其它的系统程序之中。初始化部分的源程序如下：
#include<reg591.h>
void ini_can_controller(void)
{
canmod=0x01;/*进入复位模式，启动can初始化*/
p1m2=p1m2 i 0x02;/*引脚txdc设置为推挽模式*/
cansta=0x03;/*使能接收和发送中断*/
canadr=btr0；/*btr0和btr1编程为125kb/s，在12mhz条件下*/
candat=0x45;
canadr=btr1;/*tseg1=12,tseg2=3,sjw=2*/
candat=0x2b;/*用户可根据具体的can网络来调整btr0、brt1的参数*/
canadr=amr10；/*设定接收屏蔽寄存器的址*/
candat=0xff;/*bank1:与接收屏蔽寄存器1无关，允许任何数据通过滤波器*/
candat=0xff;/*bank1:与接收屏蔽寄存器无关，允许任何数据通过滤波器*/
candat=0xff;/*bank1:与接收屏蔽寄存器3无关，允许任何数据通过滤波器*/
candat=0xff;/*bank1:与接收屏蔽寄存4无关，允许任何数据通过滤波器*/
canadr=acfmode；/*设定接收滤波器模式寄存器的地址*/
candat=0x01;/*设定bank1为单滤波模式，标准帧*/
canadr=acfena；/*设定接收滤波器使能寄存器的地址*/
candat=0x01;/*使能bank1的滤波器*/
canmod=0x00；/*请求进入can的激活模式*/
while(cansta & 0x80);/*等待总线激活*/
}
结语
在can网络节点的设计中，使用集成的can控制器是大势所趋。本文从硬件和软件的角度对内嵌can控制器（sja1000）的p87c591进行了详细的介绍。不仅给出了p87c591 can应用的外围电路接法，还给出了应用的初始化程序，这为以后的系开发提供了一个很好的基础。