摘 要：本文介紹了基于CAN總線的集散控制系統的設計方法，給出了Intel 87C196KD微處理器和PHILIP SJA1000 CAN控制器組成的CAN總線智能節點的硬件電路和軟件程序。 關鍵詞：CAN總線、集散控制系統、SJA1000 引言 　　現場總線是當今自動化領域技術發展的一個熱點，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現，標志著工業控制技術領域又一個新時代的開始，并對該領域的發展產生了重要的影響?？刂破骶钟蚓WCAN（Controller Aera Network）屬于現場總線的范疇，CAN總線的數據通信具有極高的可靠性、實時性和靈活性的特點，是一種有效支持集散控制系統和實時控制的多主串行總線。 1. 基于CAN總線的集散控制系統 　　基于CAN總線的集散控制系統如圖1所示，采用現場總線式控制系統FCS（Fieldbus Control System）結構，由上位機、CAN總線控制網絡、CAN智能節點組成。上位機主要完成在線系統監控，上位機通過CAN適配卡與CAN總線相連;CAN智能節點完成數據采集及計算、節點設定、節點控制、運行顯示等。上位機和智能節點之間通過CAN現場總線交換各種數據和管理控制信息。 2. CAN的性能特點 　　CAN為多主方式工作，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主從，通訊方式靈活，且無需站地址等節點信息。 　　CAN網絡上的節點信息分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求，高優先級的數據最多可在134μs內得到傳輸。 　　CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節點同時向總線發送信息時，優先級較低的節點會主動的退出發送，而優先級較高的節點可不受影響地繼續傳輸數據，從而大大節省了總線沖突仲裁時間。 　　CAN只需要通過報文濾波即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，無需專門的“調度”。 　　CAN的直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）;通信速率最高可達1Mbps（此時通信距離最長為40m）。 　　CAN上的節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個，報文標識符可達2032種（CAN2.0A），而擴展標準（CAN2.0B）的報文標識符幾乎不受限制。 　　CAN采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。 　　CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據出錯率極低。 　　CAN通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 　　CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響。 3. CAN智能節點硬件設計 　　目前常用的CAN器件分為兩大類，一類是獨立的CAN控制器，如Philips的PCA82C250、SJA1000等，另一類是帶有CAN功能的微控制器，如PIC的DSPIC6014、TI的TMS320F2812、Motorola的MC9S12DT128等等。本文采用Intel的 87C196KD微處理器和PHILIP的 SJA1000 CAN控制器完成CAN總線智能節點的設計。 圖2 CAN智能節點硬件電路[/align] 　　CAN智能節點硬件電路如圖2所示。電路主要由五部分組成：微控制器87C196KD、獨立CAN控制器SJA1000、CAN總線收發器82C250、高速光電耦合器6N137、復位電路。 　　微控制器87C196KD是CAN智能節點的核心部分，87C196KD具有32K字節的ROM和1000字節的RAM，可用高級語言編程。87C196KD主要完成節點數據采集及計算、節點設定、節點控制、運行顯示等功能，并與CAN控制器SJA1000之間發送、接收數據。 　　SJA1000芯片是一種應用廣泛、性能優異的CAN總線控制器。SJA1000負責完成CAN總線通信協議的物理層和數據鏈路層的功能。它有Basicmode和Pelimode兩種工作模式，與 Basicmode模式相比，Pelimode工作模式支持擴展幀，報文標識符可達29位，提供了更加強大的功能。為減少每幀非數據字符的數量，提高信息交換速度，在實際應用中宜采用Basicmode模式。在Basicmode模式下，SJA1000對于微處理器來說相當于一個存儲器映像外圍設備，它的可尋址域由控制段和接收、發送緩沖器組成。SJA1000的AD0～AD7連接到87C196KD的P3口（數據總線），采用并口連接方式，數據讀寫速度快。87C196KD 地址總線的P4.6、P4.7通過譯碼器與SJA1000的片選信號CS相連，SJA1000的RD、WR、ALE分別與87C196KD的RD、WR、ALE相連, SJA1000的INT經過非門與87C196KD的EXINT相連, 微控制器也可以通過中斷的方式訪問CAN控制器。 　　82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口。82C250的CANL和CANH與CAN總線相連，若82C250處于CAN總線的網絡終端，CANL和CANH之間需加一個匹配電阻，用于消除反射信號的干擾。RS用于選擇三種不同的工作方式：高速、斜率控制和待機，RS串接一個電阻后再接地，用于控制上升和下降斜率，減小射頻干擾。 　　為了進一步提高系統抗干擾能力，在CAN控制器SJA1000和CAN總線收發器82C250之間加接高速光電耦合器6N137，并采用DC-DC變換器隔離電源，這樣就很好的實現了總線上各個CAN節點之間的電器隔離。 　　復位電路由看門狗MAX706和手動復位按扭組成。當系統發生故障時，MAX706自動產生復位信號給87C196KD和SJA1000復位，若想重新啟動程序，可用手動復位按扭復位。 4. CAN智能節點軟件設計 　　CAN智能節點的軟件設計主要包括三部分：CAN初始化程序、報文發送程序、報文接收程序。下面給出了Basic CAN模式CAN智能節點軟件的程序框圖和C語言源程序。 　　a.CAN初始化部分 　　 　　#include <80c196kd.h> 　　/＊ 應包含的微控制器寄存器的定義＊/ 　　#include _SFR_H_ 　　#include _FUNCS_H_ 　　#define BASE_CAN 0Xa000 /＊定義CAN控制器基址＊/ 　　typedef struct ｛ 　　unsigned int id; /＊報文標識符＊/ 　　unsigned char rtr; /＊遠程幀位＊/ 　　unsigned char dlen; /＊數據長度＊/ 　　unsigned char data[8]; /＊數據＊/ 　?。?MSG_STRUCT; /＊將CAN協議的幀用C語言的結構表示＊/ 　　void init_can（） 　　｛ 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 0） = 0x01; /＊SJA1000進入復位狀態＊/ 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 4） = 0x00; /＊ 初始化接收代碼寄存器ACR ＊/ 　　＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 5） = 0xff; /＊ 初始化接收屏蔽寄存器AMR ＊/ 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 6） = 0x00; /＊ 初始化總線時序寄存器BTR0 ＊/ 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 7） = 0x14; /＊ 初始化總線時序寄存器BTR1 ＊/ 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 8） = 0xfa; /＊ 初始化輸出控制寄存器OCR ＊/ 　　｝ 　　b.報文發送部分 　　unsigned char can_send（MSG_STRUCT smsg） 　?。? 　　unsigned char v; 　　int i; 　　v=＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 2）; 　　if（ v &0x08） /＊判斷是否可以發送數據＊/ 　?。?v=smsg.id>>3; /＊標識符送識別碼寄存器＊/ 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 10） = v; 　　v=＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 10）; 　　v=smsg.id & 7; /＊識別碼0-2位、RTR、DLC＊/ 　　v<<=5; 　　v+=smsg.dlen; 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 11） = v; 　　for（i=0;i 　?。?＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 12+i） = smsg.data[i]; ｝ 　　＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 1） = 0x01; 　　return（1）; 　?。? 　　else 　?。?return（0）;｝ 　　｝ 　　c.報文接收部分 　　 　　unsigned char can_receive（） 　?。? 　　MSG_STRUCT rmsg; 　　int i; 　　unsigned char buf1,buf2; 　　while（（＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 2）） & 0x01）/＊判斷是否有可接收信息＊/ 　?。鸼uf1 = ＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 20）; /＊將一幀信息取出＊/ 　　buf2 = ＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 21）; 　　rmsg.dlen = buf2 & 0x0f; /＊數據長度＊/ 　　for（i=0; i< rmsg.dlen; i++） /＊取出數據＊/ 　?。鹯msg.data[i]=＊（unsigned char＊）（BASE_CAN + 22 + i）; ｝ 　?。╱nsigned char＊）（BASE_CAN + 1） = 0x04; /＊釋放接收緩沖器＊/ 　　rmsg.rtr = （buf2 >> 4） & 0x01; /＊遠程幀＊/ 　　rmsg.id = buf1; /＊取出報文標識符＊/ 　　rmsg.id <<= 3; 　　rmsg.id |= （buf2 >> 5） & 0x06; 　　switch （rmsg.id） /＊按標識符轉入不同的數據處理程序＊/ 　　case …… 　?。? 　　……｝ 　　break; 　　case …… 　　｝ 　?。? 5. 結束語 　　本文的創新點在于：將現場總線引入到集散控制系統中，克服了傳統的串行通訊集散控制系統的實時性不強，通訊可靠性差的問題。所給出的CAN智能節點已應用于某發電廠的集散控制系統中，經過一年多的運行情況發現該設計方案具有較好的可靠性、實時性和靈活性。CAN智能節點不僅可以應用于集散控制系統，還可以用于其它分布式控制系統。 參考文獻： 　　1. 鄔寬明.CAN總線原理與應用系統設計.北京:北京航空航天大學出版社,1996. 　　2. 蘇榮艷,常久鵬,邵力清,鄧康耀.基于CAN總線的發動機測控系統接口通訊卡的設計.微計算機信息.2005,1:101-103 　　3. 來清民.基于CAN總線的多功能大型糧倉遠程監控系統.微計算機信息.2005,7:51-52. 　　4. ‘PHILIPS SJA1000 Stand-alone CAN controller DATA SHEET’,2000. 　　5. ‘PHILIPS 82C250 CAN controller interface DATA SHEET’,2000. 　　6. ‘INTEL 87C196KD DATA SHEET ’,1995