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P87C591內嵌CAN控制器的應用設計
摘要：獨立的CAN控制器芯片需要外接一個微處理器，接受外部CPU的控制才能運行。如果微處理器內部帶有CAN控制器，無疑會大大簡化應用系統的硬件設計，系統的可靠性也有很大提高 ，同時還可以大幅度降低生成成本。Philips的新產品P87C591內部集成了CAN控制器。本文主要介紹如何利用P87C591進行CAN節點的設計和應用。關鍵詞：P87C591 CAN 節點 PeliCAN 應用設計
引言
CAN屬于總線式串行通信網絡。由于其獨特的設計，與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN總線早已成為國際標準，其應用范圍也從最初的汽車電控逐步擴展到工業控制的各個領域，成為最有前途的現場總線之一。CAN總線上的節點一般采用單片機外加CAN控制器的設計方法，不利于產品的集成和成本的降低。現在Philips公司推出的P87C591集成了CAN控制器SJA1000。本文將詳細介紹基于P87C591的CAN智能節點軟硬件設計及其應用。
1 P87C591簡介
P87C591有44個引腳，是一個單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器。它從MCS-51微控制器家族派生而來，采用了強大的80C51指令集并包括了Philips半導體SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。全靜態內核提供了擴展的節點方式。振蕩器可停止和恢復而不丟失數據。改進的1：1內部時鐘分頻器，在12MHz外部時鐘速率是實現500ns指令周期。中央處理器CPU使用的操作數來自3個存儲空間：16KB內部程序存儲器，可擴展到64KB；512B內部數據存儲器；最大64KB外部數據存儲器。圖1為P87C591的功能框圖。
有關芯片的引腳定義和更多的擴展功能可參閱P87C591芯片資料，在此不多講。芯片引腳P3.0和P3.1作為復用腳使用，除了具有普通C1單片機功能外，還可分別復用為CAN的RxD和TxD輸入輸出腳。
P87C591包括Philips半導體公司的獨立CAN控制器SJA1000具有的所有功能，并在此基礎上擴展了以下功能：①增強的CAN接收中斷，有接收緩沖區級的接收中斷；用于接收中斷的高優先級驗收濾波器。②擴展的驗收濾波器，8個濾波器用于標準幀格式，4個濾波器用于擴展幀格式；驗收濾波器的“運行中改變”特性。
圖1
2 PeliCAN控制器的CPU之間的通信
CPU與CAN之間的接口功能框圖如圖2所示。80C51CPU接口將PeliCAN與P87C591微控制器內部總線相連，通過5個特殊功能寄存器CANADR、CANDAT、CANMOD、CANSTA和CANCON對PeliCAN寄存器和RAM區進行快捷的訪問。由于支持大范圍的地址，基于尋址的間接指針允許使用自動增加模式對寄存器進行快速訪問，這樣就將所需的SFR的數目減少到5個。需要注意的是，CANCON和CANSTA根據訪問方向的不同而具有不同的寄存器結構。PeliCAN寄存器可以通過兩種不同的訪問訪問。那些控制CAN主要功能最重要的幾個寄存器，支持軟件輪詢，可以像單獨的SFRs一樣直接訪問；而PeliCAN模塊中的其它部分通過一個間接的指針機制進行訪問。為了達到高數據吞吐量，在使用間接尋址時也包含了地址增加的特性。
3 特殊功能寄存器
下面簡要介紹5個特殊功能寄存器。
①CANDAR。該讀/寫寄存器定義通過CANDAT訪問的PeliCAN內部寄存器的地址，可以將其解釋為對PeliCAN的一個指針。對PeliCAN塊寄存器的讀/寫訪問通過CANDAT寄存器執行。通過地址自動增加模式，為CAN控制寄存器提供了快速的類似棧的讀/寫。如果CANADR內當前定義的地址大于或等于32（十進制），CANADR的內容在任意對CANDAT讀/寫操作后自動增加。例如，將一個信息裝入發送緩沖區可通過將發送緩沖區的首地址（112）寫入CANADR，然后將信息字節一個接一個寫入CANDAT。CANADR超過FFH后復位為00H。如果CANADR小于32，不會執行自動地址增加。即使CANDAT執行讀或寫，CANADR的值仍保持不變。這允許在PeliCAN控制器的低地址空間進行寄存器輪詢。
②CANDAT CANDAT作為一個讀/寫寄存器。特殊功能寄存器CANDAT看上去是對CANADR所選的CAN控制器內部寄存器的一個端口。對CANDAT寄存器的讀寫等效于對該內部寄存器的訪問。需要注意的是，如果CANADR中當前的地址大于等于32，那么任何對CANDAT的訪問將使LANADR自動增加。
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③CANMOD對PeliCAN模塊寄存器CANMOD是直接進行讀寫訪問的，模式寄存器位于PeliCAN模塊中的地址00H。
④CANSTA根據訪問方向的不同，CANSTA提供對PeliCAN的狀態寄存器和中斷使能寄存器的直接訪問。對CANST
A的讀操作是對PeliCAN的狀態寄存器（地址2）進行訪問。對CANSTA的寫操作是對中斷使能寄存器（地址4）進行訪問。
⑤CANCON。根據訪問方向的不同，CANCON提供對PeliCAN的狀態寄存器中斷使能寄存器的直接訪問。對CANSTA的CANSTA的讀操作是對PeliCAN的狀態寄存器（地址2）進行訪問。對CANSTA的寫操作是對中斷使能寄存器（地址4）進行訪問。
4 基于P87C591的CAN節點接口應用電路
基于87C591的CAN節點接口應用電路十分簡單，只需要附加一些CAN收發電路就可以進行CAN總線數據傳輸。CAN收發芯片采用philips公司的TJA1050收發器。為了增強CAN總線節點的抗干擾能力 ，SJA1000的TX0和RX0并不是直接與TJA1050的TXD和RXF相連，而是通過高速光電耦合器6N167與TJA1050相連。這樣，就可以很好地實現總線上的總CAN節點間的電器隔離。不過，應該特別說明的一點是，光電耦合器采用的是兩個獨立的電源供電，電源Vcc和CAN_V必須完全隔離，否則光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率的電源隔離模塊或通過帶多路5V隔離輸出的開關電源模塊實現。這樣雖然電路復雜些，但卻提高了節瞇的穩定性和安全性，具體節點電路如圖3所示。
圖3
5 CPU對PeliCAN的軟件訪問
除了CANMOD、CANSTA、CANCON等PeliCAN常用特殊寄存器可以進行直接讀/寫訪問除外，所有其它的CAN寄存器都需要進行間接尋址。CANADR寄存器指向PeliCAN寄存器的地址，在寫操作時將要送到被尋址寄存器的數據寫入CANDAT；讀操作時被尋址寄存器的數據可以從CANDAT中讀出。下面的例子說明了對PeliCAN寄存器的直接和間接尋址功能。
/*模式寄存器的直接尋址*/
CANMOD=0x01；/*位RM置1進入復位模式*/
/*對位定時寄存器0和1的間接尋址*/
CANADR=BTR0；/*將地址設置到BTR0寄存器*/
CANDAT=0x45;/*將數據寫入BTR0寄存器*/
CANADR=BTR1；/*將地址設置到BTR1寄存器*/
CANDAT=0x2B;/*將數據寫入BTR1*/
下面給出上述節點電路的CAN初始化部分的程序。該程序可以直接應用到其它的系統程序之中。初始化部分的源程序如下：
#include<reg591.h>
void ini_can_controller(void)
{
CANMOD=0x01;/*進入復位模式，啟動CAN初始化*/
P1M2=P1M2 I 0x02;/*引腳TXDC設置為推挽模式*/
CANSTA=0x03;/*使能接收和發送中斷*/
CANADR=BTR0；/*BTR0和BTR1編程為125kb/s，在12MHz條件下*/
CANDAT=0x45;
CANADR=BTR1;/*TSEG1=12,TSEG2=3,SJW=2*/
CANDAT=0x2B;/*用戶可根據具體的CAN網絡來調整BTR0、BRT1的參數*/
CANADR=AMR10；/*設定接收屏蔽寄存器的址*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:與接收屏蔽寄存器1無關，允許任何數據通過濾波器*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:與接收屏蔽寄存器無關，允許任何數據通過濾波器*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:與接收屏蔽寄存器3無關，允許任何數據通過濾波器*/
CANDAT=0xFF;/*Bank1:與接收屏蔽寄存4無關，允許任何數據通過濾波器*/
CANADR=ACFMODE；/*設定接收濾波器模式寄存器的地址*/
CANDAT=0x01;/*設定BANK1為單濾波模式，標準幀*/
CANADR=ACFENA；/*設定接收濾波器使能寄存器的地址*/
CANDAT=0x01;/*使能BANK1的濾波器*/
CANMOD=0x00；/*請求進入CAN的激活模式*/
while(CANSTA & 0x80);/*等待總線激活*/
}
結語
在CAN網絡節點的設計中，使用集成的CAN控制器是大勢所趨。本文從硬件和軟件的角度對內嵌CAN控制器（SJA1000）的P87C591進行了詳細的介紹。不僅給出了P87C591 CAN應用的外圍電路接法，還給出了應用的初始化程序，這為以后的系開發提供了一個很好的基礎。
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