摘要：本文介紹了一種新型的現場總線控制器SJA1000的基本原理結構及功能特點，重點敘述了基于CAN控制器SJA1000的智能控制系統硬件電路及軟件設計，給出了初始化程序。

SJA1000的特點及功能
SJA1000是一種應用于汽車和一般工業環境的獨立CAN總線控制器，經過簡單總線連接可完成CAN總線的物理層和數據鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設計和PCA82C200的基本CAN模式BasicCAN兼容。同時，新增加的增強CAN模式PeliCAN還可支持CAN2.0B協議。SJA1000的主要特性如下 ：1、管腳及電氣特性與獨立CAN總線控制器PCA82C200兼容 ；2、軟件與PCA82C200兼容(缺省為基本CAN模式)；3、擴展接收緩沖器(64字節FIFO)；4、支持CAN2.0B時支持11和29位標識符；5、位通訊速率為1Mbits/s；6、增強CAN模式(PeliCAN)；7、采用24ＭＨｚ時鐘頻率；8、支持多種微處理器接口；9、可編程CAN輸出驅動配置；10、工作溫度范圍為-40~+125℃。
CAN控制模塊構成
CAN控制模塊由接口管理邏輯、發送緩沖器、接收緩沖器(RXFIFO)、接收過濾器、位流處理器 (BSP)、位時序邏輯 (BTL)和錯誤管理邏輯(EML)組成。

圖1 智能控制系統硬件原理圖

新增功能
PeliCAN模式，將識別碼從11位擴展到29位，使ＣＡＮ總線的節點數大大地擴大，從而使得CAN總線的適用范圍更加廣泛。除了擴展了識別碼，PeliCAN模式還有以下擴展功能：1、可讀 /寫訪問的錯誤計數器；2、可編程的錯誤計數器；3、最近一次錯誤代碼寄存器；4、對每一個CAN總線錯誤的中斷；5、具體控制為控制的仲裁丟失中斷；6、單次發送 (無重發)；7、只聽模式 (無確認，無活動的出錯標志)；8、支持熱插拔 (軟件位速率檢測)；9、接收過濾器擴展 (4字節代碼，4字節屏蔽)；10、自身信息接收 (自接收請求)。以上擴展功能為用戶更好地識別和處理發送和接收錯誤、更好地應用和調試CAN控制器提供了方便。

智能控制系統硬件電路設計
根據SJA1000的功能特點以及課題的實際需要，我們選用SJA1000作為CAN控制器，并且使用了CAN控制器接口芯片PCA82C250，PCA82C250是CAN協議控制器和物理總線之間的接口。此器件對總線提供差動發送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。整個系統以Intel 16位單片機80C196KC為核心。INTEL 80C196KC采用68腳PLCC封裝形式，內部尋址采用寄存器結構，從而避免了以往8位單片機只能用累加器參與尋址而產生的瓶頸效應，大大提高了工作效率。其內部設有256個字節的RAM，帶有28個中斷源，可形成16個中斷矢量。在16MHz的晶振下，16乘16位的乘法只需1.75ms，32除16位除法指令只需3.2ms，尤其適合于高采樣頻率快速控制系統，它本身還帶有3路PWM輸出引腳，可直接驅動三相電動機，內部設有3個H窗口和1個V窗口，使特殊功能寄存器的數量和保護功能倍增。由于采用的是CMOS工藝，其功耗小，并有掉電保護和閑置功能。因此，采用INTEL公司生產的16位單片機80C196KC機作為控制系統的主控制器是十分理想的選擇。SJA1000在智能控制系統中的硬件配置與CAN總線接口的電路如圖 1所示。硬件電路中使用 PCA82C250的目的是為了增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾，實現熱防護等。
SJA1000在電路中是一個總線接口芯片，實現從上位機PC-CAN接口到現場微處理器之間的數據通信。對于微處理器而言，SJA1000是一個總線接口，SJA1000片內的存儲單元相對80C196KC來說是片外的數據存儲器，因此，可以按照擴展片外數據存儲器的形式來訪問SJA1000的寄存器地址。80C196KC是CAN控制器的微處理器，把80C196KC的ALE、RD、WR和 SJA1000的ALE、RD、WR相連就構成一個最小系統節點。80C196KC通過地址總線經GAL譯碼來選通 SJA1000，并由此決定CAN控制器各寄存器的地址，通過讀、寫外部數據存儲器的形式來訪問 SJA1000。在系統中我們將SJA1000的TX1腳懸空，RX1引腳接地，形成CAN協議所要求的電平邏輯。該電路的主要功能就是通過CAN總線接收來自上位機的數據進行分析組態，然后下傳給下位機的控制電路實現控制功能，當智能控制系統接收到下位機的上傳數據，SJA1000的中斷輸出INT腳就會被激活，出現一個由高電平到低電平的躍變，產生一個中斷，從而引發微處理器80C196KC產生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機進行分析，以便及時糾正誤碼、錯碼。
在進行電路設計時應當注意：為進一步提高系統抗干擾能力，在CAN控制器SJA1000和CAN控制器接口82C250之間加接6N137光電隔離芯片，并采用DC-DC變換器隔離電源；通信信號傳輸到導線的端點時會發生反射，反射信號會干擾正常信號的傳輸，因而總線兩端兩個124W的電阻對匹配總線阻抗起著相當重要的作用，忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信；82C250第8腳與地之間的電阻RS稱為斜率電阻，它的取值決定了系統處于高速工作方式還是斜率控制方式。把該引腳直接與地相連，系統將處于高速工作方式。在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使用屏蔽電纜作總線；而在波特率較低、總線較短時，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于RS的阻值。通常情況下，15KW~200KW為RS較理想的取值范圍。在這種方式下，可以使用平行線或雙絞線作總線。

系統軟件設計
系統軟件設計的指導思想是系統上電后首先對80C196KC和SJA1000進行初始化，以確定工作主頻、波特率、輸出特性等，然后通過查詢方式獲取模數轉換采樣值，并把該值通過SJA1000傳送到CAN總線上由上位PC機進行顯示控制，而對CAN總線上來的信息則采用中斷方式，系統每接收到一幀信息，便產生一次中斷以觸發微處理器進入中斷，在中斷服務程序中讀取該幀信息并傳送到現場。為防止出現死機和干擾，程序中還采用看門狗技術進行定時監控。以下CAN總線的初始化設計，假設SJA1000的首址是A000H：
CR EQU A 0 0 0H ；控制寄存器
CMR EQU A 0 0 1H ；命令寄存器
SR EQU A 0 0 2H ；狀態寄存器
IR EQU A 0 0 3H ；中斷寄存器
ACR EQU A 0 0 4H ；驗收碼寄存器
AMR EQU A 0 0 5H ；驗收屏蔽寄存器
BTR0 EQU A 0 0 6H ；總線定時寄存器 0
BTR1 EQU A 0 0 7H ；總線定時寄存器 1
OCR EQU A 0 0 8H ；輸出控制寄存器
DI
LDB CL , # 03H
STB CL ,CR ；開放接收中斷，復位
請求位置1,以開始初始化。
LDB CL , # 01H　　
STB CL ,ACR ；將節點1標識符送ACR
LDB CL , # 0FEH　
STB CL ,AMR ；驗收濾波
LDB CL , # 0 0H　
STB CL ,BTR0 ；傳送波特率為
250kbps
LDB CL , # 1 4H　 　
STB CL ,BTR1 ；定義位周期寬度 ,
采樣點位置及采樣次數選
LDB CL , # 0AAH　
STB CL ,OCR ；選擇正常輸出方式
,建立輸出驅動器的配置。
LDB CL, # 1AH
STB CL,CR ；復位請求位置0，初
始化結束
EI
對CAN控制器進行初始化，實際上就是對ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR這些寄存器進行訪問。只有當控制寄存器CR中的復位請求位為高時，訪問才被允許，否則既寫不進去，也讀不出正確的內容。對CR進行第一次寫操作，要設定將要開放的中斷類型，并置位復位請求，允許初始化開始。對ACR、AMR進行寫操作，要界定對什么樣的報文予以接收，因此有時稱它們為驗收濾波器。當滿足以下兩個條件之一，并存在空的接收緩存器(RBF)時，完整報文可被正確接收。
條件一 :ACR與報文標識符的高 8位在AMR為“0”相關位上對應相等。
條件二 :AMR=0FFH，即ACR的所有位均為不相關(或屏蔽)位。
這兩個寄存器也是編排標識符的基本依據。
對BTR0進行操作,可決定波特率預分頻器 (BRP)和同步跳轉寬度(SJW)的數值；對BTR1進行寫操作,可決定位周期的寬度,采樣點的位置及在每個采樣點進行采樣的次數。這兩個寄存器的內容,可唯一確定波特率及同步跳轉寬度。例如:程序中BTR0 =00H ,BTR1=14H ,晶振頻率為16MHz時,采樣時鐘周期tSCL等于兩倍的振蕩器時鐘周期。波特率剛好為1Mbps,同步跳轉寬度為一個tSCL。
在編寫程序時，還需特別注意的是，一個系統中的所有節點BTR0和BTR1的內容都應相同，否則控制系統將無法和上位機進行通信。對OCR進行寫操作，可確定CAN控制器的輸出方式，并建立起CAN總線要求的電平邏輯所需輸出驅動器的配置。對CR進行第二次操作主要是清復位請求位,使SJA1000返回正常運行狀態。成功的初始化SJA1000后,系統就可以應用它來傳輸報文。系統總體程序框圖及中斷服務程序框圖見本刊網站。

結語
實踐表明，SJA1000是一種較好的CAN總線控制器件，在PeliCAN模式下，其識別碼達29位，因而可滿足各種應用場合。在自動化控制系統中，合理安排這29位識別碼可以使許多問題得以簡化。此外PeliCAN模式增加的各種功能，如：各種錯誤處理功能大大地提高了用戶程序處理各種通信錯誤的能力；支持熱插拔和自身信息接收功能，使用戶不必事先知道預設的波特率，從而大大地方便了通信的調試。