can總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了can協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對數(shù)據(jù)的成幀處理。can協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊編碼，采用這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，還可使不同的節(jié)點同時收到相同的數(shù)據(jù)。

本文介紹了嵌入式can智能節(jié)點，并且應(yīng)用PC和嵌入式can智能節(jié)點組成了can通信系統(tǒng)，完成了電壓、電流、溫度等信號的實時采集、可靠傳輸和實時顯示，實現(xiàn)了PC端對嵌入式can智能節(jié)點PWM波輸出的脈沖寬度的控制。

基于PIC單片機的嵌入式can智能節(jié)點的設(shè)計

嵌入式can智能節(jié)點以pic16f874單片機作為嵌入式微控制器，以MCP2510作為 can控制器，以PCA82C250作為can收發(fā)器，具有現(xiàn)場/遠(yuǎn)程控制功能。根據(jù)用戶的需求，嵌入式can智能節(jié)點通過連接相應(yīng)的傳感器可以完成多種信號的實時采集、可靠傳輸和實時顯示，PWM波輸出可以用于控制相應(yīng)的負(fù)載。嵌入式can智能節(jié)點通過外接電路可以實現(xiàn)電路保護(hù)、現(xiàn)場組態(tài)、自動調(diào)節(jié)、故障診斷報警、狀態(tài)檢測等功能，完成對電機、閥門、泵等電器的驅(qū)動和智能控制。

硬件設(shè)計

Microchip公司的單片機pic16f874 采用RISC指令系統(tǒng)，哈佛總線結(jié)構(gòu)，低功耗，高速度。內(nèi)部集成了ADC、串行外圍接口(SPI)和Flash程序存儲器等，具有PWM輸出、LCD驅(qū)動等功能。pic16f874通過SPI接口可以實現(xiàn)與can控制器MCP2510的無縫連接。pic16f874的I/O資源豐富，共有A、B、C、D、 E五個I/O口，每個I/O口除了基本用途外還有一些特殊功能。

基于pic16f874的嵌入式can智能節(jié)點的硬件原理圖如圖1所示，主要包括以下四個模塊：

can通信模塊

嵌入式can智能節(jié)點的can通信模塊由can控制器MCP2510和can收發(fā)器PCA82C250組成。MCP2510可以完成can總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，支持高速SPI接口(最高數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到5Mb/s)，支持can2.0A/can2.0B協(xié)議。can收發(fā)器 PCA82C250是can控制器與物理總線之間的接口，對物理總線提供差動發(fā)送能力，對can控制器提供差動接收能力，同時它可以增大通信距離，提高嵌入式can智能節(jié)點的抗干擾能力。

pic16f874通過SPI與can控制器MCP2510連接，其串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)腳與MCP2510 的SO腳相連，其串行數(shù)據(jù)輸出(SDO)腳與MCP2510的SI腳相連，其串行時鐘(SCK)腳與MCP2510的SCK腳相連。MCP2510的復(fù)位信號、片選信號由單片機A口的RA5、RA2提供，MCP2510的中斷信號、接收緩沖區(qū)滿中斷信號輸出到單片機B口的RB0、RB5。

通過設(shè)置 pic16f874的SPI接口狀態(tài)寄存器和控制寄存器使SPI接口工作于主動方式。pic16f874與MCP2510進(jìn)行通信時的時序是非常重要的。發(fā)送數(shù)據(jù)時，先發(fā)送寫指令，再發(fā)送寄存器地址，最后發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)MCP2510接收到由總線傳來的數(shù)據(jù)時會產(chǎn)生中斷，單片機響應(yīng)中斷，讀取數(shù)據(jù)時先發(fā)送讀指令，再發(fā)送寄存器地址，數(shù)據(jù)會自動寫入單片機SPI接口的緩沖器中。

顯示模塊

嵌入式can智能節(jié)點采用OCMJ4Χ8顯示模塊，該顯示模塊可以顯示漢字、ASCII碼等，其所有的設(shè)置初始化工作都可以在上電時自動完成。

OCMJ4Χ8顯示模塊的數(shù)據(jù)線DB0~DB7與單片機的D口相連，請求(REQ)腳、應(yīng)答(BUSY)腳分別與單片機B口的RB4、E口的RE2相連。顯示模塊的RT1、RT2引腳外接可調(diào)電阻用于調(diào)節(jié)LCD的亮度。

顯示模塊接口協(xié)議為請求/應(yīng)答(REQ/BUSY)握手方式。BUSY為高電平表示顯示模塊忙;當(dāng)BUSY為低電平時表示顯示模塊空閑，等待接收命令。單片機先向顯示模塊發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，然后發(fā)送請求信號，請求顯示模塊進(jìn)行處理，顯示模塊置BUSY為高電平，對命令或數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)束后置BUSY為低電平。

模擬量獲取模塊

pic16f874單片機A口的RA0、RA1、RA3用于模擬量輸入。嵌入式can智能節(jié)點的模擬量獲取模塊的主要功能是將需要采集的電流信號通過電流互感器轉(zhuǎn)換為電壓信號，將需要采集的溫度信號通過溫度傳感器AD590轉(zhuǎn)換為電壓信號。

開關(guān)量輸入/輸出模塊

嵌入式can智能節(jié)點通過I/O擴展提供了4路開關(guān)量輸入和7路開關(guān)量輸出。開關(guān)量輸入用于電路的保護(hù)、故障報警、狀態(tài)檢測等，只要被控制對象擁有相應(yīng)的檢測元件，接入相應(yīng)的接口即可。開關(guān)量輸出用于驅(qū)動繼電器，可以根據(jù)負(fù)載的大小確定是否需要連接接觸器控制電機、閥門、泵等電器執(zhí)行元件。根據(jù)用戶的需求，此部分電路可以做相應(yīng)的變化。

軟件設(shè)計

嵌入式can智能節(jié)點的軟件采用匯編語言編寫，主要完成對pic16f874(I/O口、定時器等)、SPI接口(串行口狀態(tài)寄存器SSPSTAT、串行口控制寄存器SSPCON等)、顯示模塊、I/O擴展芯片8255和can控制器MCP2510 (位定時配置寄存器、can信息接收過濾和屏蔽控制寄存器、接收發(fā)送緩沖區(qū)控制寄存器等)的初始化，設(shè)定發(fā)送、接收標(biāo)識碼(ID)，讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值，設(shè)置嵌入式can智能節(jié)點PWM波輸出的脈沖寬度，處理、顯示并發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，接收、處理并顯示由總線傳來的數(shù)據(jù)等工作。

初始化系統(tǒng)

程序需要對pic16f874單片機、顯示模塊、I/O擴展芯片8255和can控制器MCP2510進(jìn)行初始化。其中對MCP2510初始化是非常重要的，主要包括設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?，將?biāo)識碼和屏蔽字寫入can信息接收過濾和屏蔽控制寄存器。對pic16f874進(jìn)行初始化時，要特別注意定時器 TMR2的初始化。

設(shè)定發(fā)送、接收標(biāo)識碼

pic16f874單片機C口的RC0、RC1、RC6、RC7引腳連接了一個撥碼開關(guān)。程序通過讀取這四個引腳的狀態(tài)為每個嵌入式can智能節(jié)點分配了發(fā)送、接收標(biāo)識碼的初始值。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中智能節(jié)點數(shù)目較多時，這種方法可以方便程序的編寫。

讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值

pic16f874 的A口和E口可以作為模擬量輸入口，共有8個輸入通道。A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果存儲于單片機的ADRES寄存器。程序首先設(shè)置單片機的A/D控制寄存器 ADCON1的bit3~bit0，選擇每個通道的輸入/輸出類型并設(shè)置參考電壓為5V，然后設(shè)置單片機的 A/D控制寄存器ADCON0的bit5~bit3選擇通道，設(shè)置bit0打開ADC，設(shè)置bit2啟動ADC，最后從單片機的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器 ADRES中讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值。

設(shè)置PWM波輸出的脈沖寬度

pic16f874的CCP1引腳用于PWM波輸出。程序首先設(shè)置單片機的CCP1模塊控制寄存器CCP1CON的bit3~bit0，定義工作方式為PWM，然后用從PC端接收到的用于設(shè)置嵌入式can智能節(jié)點PWM波輸出的脈沖寬度的數(shù)據(jù)設(shè)置單片機的CCP1控制寄存器CCP1CON的bit5~bit4和CCPR1L寄存器，即實現(xiàn)了PC端對嵌入式can智能節(jié)點PWM 波輸出的脈沖寬度的控制。