基于PIC單片機(jī)的嵌入式CAN智能節(jié)點(diǎn)及其與PC通信

　　本文介紹了基于pic16f874單片機(jī)的嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)用pcl-841 can接口卡使嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)與pc之間實(shí)現(xiàn)了通信，完成了電壓、電流、溫度等信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、可靠傳輸和實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了pc端對(duì)嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)pwm波輸出的脈沖寬度的控制。

　　引言

　　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(duì)數(shù)據(jù)的成幀處理。can協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)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(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)收到相同的數(shù)據(jù)。
本文介紹了嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)，并且應(yīng)用pc和嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)組成了can通信系統(tǒng)，完成了電壓、電流、溫度等信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、可靠傳輸和實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了pc端對(duì)嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)pwm波輸出的脈沖寬度的控制。

　　基于pic單片機(jī)的嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)以pic16f874單片機(jī)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(chǎng)/遠(yuǎn)程控制功能。根據(jù)用戶的需求，嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)通過連接相應(yīng)的傳感器可以完成多種信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、可靠傳輸和實(shí)時(shí)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(diǎn)通過外接電路可以實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、故障診斷報(bào)警、狀態(tài)檢測(cè)等功能，完成對(duì)電機(jī)、閥門、泵等電器的驅(qū)動(dòng)和智能控制。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　microchip公司的單片機(jī)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(chǔ)器等，具有pwm輸出、lcd驅(qū)動(dòng)等功能。pic16f874通過spi接口可以實(shí)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(gè)i/o口，每個(gè)i/o口除了基本用途外還有一些特殊功能。

　　can通信模塊

　　嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)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(duì)物理總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì)can控制器提供差動(dòng)接收能力，同時(shí)它可以增大通信距離，提高嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)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(shí)鐘(sck)腳與mcp2510的sck腳相連。mcp2510的復(fù)位信號(hào)、片選信號(hào)由單片機(jī)a口的ra5、ra2提供，mcp2510的中斷信號(hào)、接收緩沖區(qū)滿中斷信號(hào)輸出到單片機(jī)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(dòng)方式。pic16f874與mcp2510進(jìn)行通信時(shí)的時(shí)序是非常重要的。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷，讀取數(shù)據(jù)時(shí)先發(fā)送讀指令，再發(fā)送寄存器地址，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)寫入單片機(jī)spi接口的緩沖器中。

　　顯示模塊

　　嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)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(shí)自動(dòng)完成。
ocmj4χ8顯示模塊的數(shù)據(jù)線db0~db7與單片機(jī)的d口相連，請(qǐng)求(req)腳、應(yīng)答(busy)腳分別與單片機(jī)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(qǐng)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(shí)表示顯示模塊空閑，等待接收命令。單片機(jī)先向顯示模塊發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，然后發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，請(qǐng)求顯示模塊進(jìn)行處理，顯示模塊置busy為高電平，對(duì)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(jī)a口的ra0、ra1、ra3用于模擬量輸入。嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)的模擬量獲取模塊的主要功能是將需要采集的電流信號(hào)通過電流互感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將需要采集的溫度信號(hào)通過溫度傳感器ad590轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

　　開關(guān)量輸入/輸出模塊

　　嵌入式can智能節(jié)點(diǎn)通過i/o擴(kuò)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(bào)警、狀態(tài)檢測(cè)等，只要被控制對(duì)象擁有相應(yīng)的檢測(cè)元件，接入相應(yīng)的接口即可。開關(guān)量輸出用于驅(qū)動(dòng)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(jī)、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。