SJA1000独立的CAN控制器应用指南(中文).pdf-资料库

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com SJA1000 独立的独立的独立的独立的 CANCANCANCAN 控制器应用指南控制器应用指南控制器应用指南控制器应用指南关键词 SJA1000 独立的 CAN 控制器 CAN2.0B PeliCAN 1 介绍控制器局部网 CAN 是一个串行的异步的多主机的通讯协议 SJA1000 是一个独立的 CAN 控制器它在汽车和普通的工业应用上有先进的特征由于硬件和软件的兼容它将会替代 PCA82C200 它与 PCA82C200 相比具有更先进的特征因此特别适合于轿车内的电子模块传感器制动器的连接和通用工业应用中特别是系统优化系统诊断和系统维护时特别重要本文倾向于在设计 SJA1000 为基础的 CAN 节点上引导用户同时还提供典型的应用电路图和用于编程的流程图 2. 概述独立的 CAN 控制器 SJA1000 有 2 个不同的操作模式 Basic CAN 模式 PCA82C200 兼容 PeliCAN 模式上电时 Basic CAN 模式是默认的操作模式因此已经使用 PCA82C200 开发出的硬件和软件可以直接被 SJA1000 使用而不用作任何修改 PeliCAN 模式是操作的新模式它能够处理所有的 CAN2.0B 定义的帧类型而且它还提供一些增强功能使 SJA1000 能应用于更宽的领域 2.1 SJA1000 特征 SJA1000 的特征能分成 3 组 1 已建立好的 PCA82C200 功能这组的特征在 PCA82C200 里已经生效 2 提高的 PCA82C200 功能部份这些功能在 PCA82C200 里已经生效但是在 SJA1000 里它们在速度大小和性能方面已得到提高 3 在 PeliCAN 模式里的增强功能在 PeliCAN 模式里 SJA1000 支持一些错误分析功能如支持系统诊断系统维护系统优化而且这个模式里也加入了对一般 CPU 的支持和系统自身测试的功能在下面的表中 SJA1000 所有的特征已被列在表里包括它们在应用中主要的优点表 1 SJA1000 应用中的优点已建立好的 PCA82C200 功能灵活的处理器接口可编程的 CAN 输出驱动器对各种物理层的分界面 CAN 位频率高达 1Mbit/s 允许接入大部分的微型处理器和微型控制器 SJA1000 覆盖了位频率的所有范围包括高速应用提高的 PCA82C200 功能 CAN2.0B(隐性的) 64 个字节接收 FIFO 24MHz 时钟频率接收比较器旁路 SJA1000 的 CAN2.0B 隐性特征允许 CAN 控制器接收带有 29 位 ID 的信息高达 21 条信息能被存储在接收 FIFO 中这延长了最大中断服务时间避免了数据溢出较快的处理器访问和更多的位定时选择缩短间隔延迟由于一个改进的位定时编程产生更高的 CAN 总线长度 - 1 -

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com 在 PeliCAN 模式里强大的功能 CAN2.0B 有效发送缓冲器增强的验收滤波器可读的错误计数器可编程的错误警告限制错误代码捕捉寄存器错误中断仲裁丢失捕捉中断单次发送仅听模式自我测试模式 CAN2.0B 活跃支持带有 29 位 ID 网络扩展应用用于带有 11 位或 29 位 ID 信息的单个信息发送缓冲器两个验收滤波器模式支持 11 位和 29 位 ID 过滤支持错误分析在标准相位和在正常操作期间可被用于诊断系统维护系统优化支持系统优化包括信息等待时间分析使软件命令最小化和允许快速重载发送缓冲器 SJA1000 能够作为一个隐性的 CAN 监控器操作可以分析 CAN 总线通信或自动的位速率检测支持全部 CAN 节点的功能性自我测试或在一个系统内的自身接收 2.2 CAN 节点结构一般来说每个 CAN 模块能够被分成不同的功能块 CAN 总线的连接通常由被优化的 CAN 收发器收发器收发器收发器建立收发器控制逻辑电平信号从 CAN 控制器到达总线上的物理层反之亦然上面一层是一个 CAN 控制器控制器控制器控制器它执行在 CAN 规约里定义的 CAN 协议它通常用于信息缓冲和验收滤波而所有这些 CAN 功能都被一个模块控制器模块控制器控制它用于执行功能性的应用例如控制调节器读传模块控制器模块控制器感器和处理人机接口 MMI 如图 1 所示 SJA1000 独立的 CAN 控制器总是位于微型控制器和收发器之间在一般情况下这个控制器是一个集成电路传感器变送器 MMI 传感器变送器 MMI 总线图 1 CAN 模块装置 - 2 -

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com 2.3 方块图下图是 SJA1000 的方块图 SJA1000 发送缓冲器收发器图 2 SJA1000 的方块图根据 CAN 规约 CAN 核心模块核心模块控制 CAN 帧的发送和接收核心模块核心模块接口管理逻辑完成对外部主控制器的连接该控制器能可以是微型控制器或其他器件经过 SJA1000 接口管理逻辑接口管理逻辑接口管理逻辑复用的地址/数据总线访问寄存器和控制读/写选通信号都在这里处理另外除了 PCA82C200 已有的 BasicCAN 功能还加入了一个新的 PeliCAN 功能因此附加的寄存器和逻辑电路主要在这块里生效 SJA1000 的发送缓冲器发送缓冲器能够存储一个完整的信息扩展的或标准的无论什么时候主控制器初始化发送缓冲器发送缓冲器发送接口管理逻辑会迫使 CAN 核心块从发送缓冲器读 CAN 信息当收到一个信息时 CAN 核心块将串行位流转换成用于验收滤波器的验收滤波器的并行数据通过这个可编程的验收滤波器的验收滤波器的滤波器 SJA1000 能确定哪些信息实际上被主控制器收到所有收到的信息由验收滤波器接收并存储在接收接收接收接收 FIFO 储存信息的多少由工作模式决定而最多能存储 32 个信息因为数据溢出的可能性被大大降低这使用户能更灵活地指定中断服务和中断优先级 3. 系统为了连接到主控制器 SJA1000 提供一个复用的地址/数据总线和附加的读/写控制信号 SJA1000 能被看作外围存储器并为主控制器映射 I/O 设备 3.1 SJA1000 应用 SJA1000 的寄存器和管脚配置允许它使用于各种各样的集成的或分立的 CAN 收发器这使不同微控制器之间的接口能够被灵活运用一个包括 80C51 微型控制器和 PCA82C251 收发器的典型 SJA1000 应用图如图 3 所示 CAN 控制器功能作为一个时钟源复位信号由外部复位电路产生在这个例子里 SJA1000 的片选由微控制器的 P2.7 口控制否则这个片选输入必须接到 VSS 也可以通过地址解码控制例如当地址/数据总线用于其他外围器件 - 3 -

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com AD0 / P0.0 AD1 / P0.1 AD2 / P0.2 AD3 / P0.3 AD4 / P0.4 AD5 / P0.5 AD6 / P0.6 AD7 / P0.7 P2.7 ALE / PROG RD / P3.7 WR / P3.6 INT0 / P3.2 XTAL1 RST 23 24 25 26 27 28 1 2 4 3 5 6 16 7 17 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 CS ALE RD WR INT CLK OUT RST TX0 TX1 RX0 RX1 MODE VDD1 VSS1 VDD2 VSS2 VDD3 VSS3 XTAL1 XTAL2 13 14 19 20 11 22 8 18 21 12 15 9 10 TXD CANH * RXD CANL V ( Intel 模式 ) V V CAN 总线 C1 C1 = C2 = 15pF 6 ... 24 MHz C2 * 比较器旁路 = 有效图 3 典型的 SJA1000 应用 3.2 电源 SJA1000 有三组电源引脚用于 CAN 控制器内部不同的数字和模拟模块 VDD1/VSS1 VDD2/VSS2 VDD3/VSS3 为了更好 EME 电源应该分开例如用于比较器的 VDD2 可一个 RC 滤波器解耦来抑制噪音内部逻辑输入比较器输出驱动器数字模拟模拟 3.3 复位为了得到一个恰当的复位一个稳定的振荡器时钟必须接在在 CAN 控制器的 XTAL1 管脚上见 3.4 章引脚 17 上的外部复位需要被同步并被内部延长到 15 个 tXTAL 这保证了 SJA1000 所有的寄存器正确的复位见[1] 要注意的是上电时必须要考虑振荡器的起振时间 3.4 振荡器和时钟策略 SJA1000 能使用片内振荡器或带有片外时钟源工作另外 CLK OUT 管脚可被使能为主控制器输出时钟频率图 4 显示了四个不同的计时原理如果不需要 CLK OUT 信号可以通过置位被时钟寄存器 clock Off 1 关掉这将提高 CAN 节点的 EME 性能 fXTAL/时钟分频因子 1 2 4 6 8 10 12 14 CLK OUT 信号的频率可通过时钟分频寄存器改变 fCLKOUT 上电时或硬件复位时钟分频因子的默认值取决于所选的接口模式引脚 11 如果使用 16MHz 的晶振在 Intel 模式下 CLK OUT 的频率是 8 MHz 在 Motorola 模式复位之后的时钟分频因子是 12 这种情况会产生 1.33MHz - 4 -

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com Clock Off = 1 Clock Off = 1 Clock Off = 0 Clock Off = 1 图 4 时钟方案 3.4.1 睡眠和唤醒置位命令寄存器中的睡眠位 BasicCAN 模式或模式寄存器 PeliCAN 模式的睡眠模式位后如果没有总线活动和中断等待 SJA1000 就会进入睡眠模式振荡器保持运行直到已过了 15 个 CAN 位此时允许微型控制器与 CLK OUT 频率同步来进入低功耗模式如果三个唤醒条件之一[1]发生振荡器会再次启动并产生一个唤醒中断振荡器稳定下来后时 CLK OUT 频率被激活 3.5 CPU 接口 SJA1000 支持对两个著名的微型控制器系列的直接连接 80C51 68xx 通过 SJA1000 的 MODE 引脚可选择接口模式 Intel 模式 Motorola 模式 MODE 高 MODE 低在 Intel 模式和 Motorola 模式里地址/数据总线和读/写控制信号的连接如图 5 所示飞利浦基于 80C51 系列 8 位微控制器和带有 XA 结构的 16 位微型控制器都使用 Intel 模式为了和其他控制器的地址数据总线和控制信号匹配必须要附加逻辑电路但是必须确保在上电期间不产生写脉冲另一个方法在这个时候使片选输入高电平 CAN 控制器无效 - 5 -

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com 80C51 C SJA1000 68xx C SJA1000 AD0 : : : : AD7 E R/W AS AD0 : : : : AD7 RD WR ALE MODE AD 7 .. 0 GND AD0 : : : : AD7 RD WR ALE 80C51XA C A0 A3 AD 7 .. 0 AD0 : : : : AD7 RD WR ALE MODE V SJA1000 A4D0 : : : : A11D7 AD 7 .. 0 AD0 : : : : AD7 RD WRL ALE RD WR ALE MODE V 图 5 SJA1000 的 CPU 时钟接口 3.6 物理层接口为了和 PCA82C200 兼容 SJA1000 包括一个模拟接收输入比较器电路如果收发器的功能由分立元件实现这个集成的比较器就能使用 - 6 -

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com 比较器旁路 = 不激活 (CBP = 0) t 比较器旁路 = 激活 (CBP = 1) t 图 6 SJA1000 接收输入比较器如果外部集成收发器电路有效而比较器旁路功能在时钟分频寄存器里无效 RX1 必须被连接到 2.5V 的参考电压上现存的收发器参考电压输出图 6 显示了两种设置的相应电路 CBP 激活 CBP 非激活另外唤醒信号的通道被引出一个集成的收发器电路使用所有的新应用都建议激活 SJA1000 的比较器旁路功能图 7 如果这个功能被使能施密特触发器有效内部的传播延迟 tD2 比接收比较器延迟的 tD1 要小得多这在最大总线长度[8]上有积极的影响另外它在休眠模式里将显著地降低电流 SJA1000 n.c. TX0 TX1 RX0 RX1 PCA82C250 PCA82C251 TJA1053 TxD RxD CANH CANL OCR = 1A H CDR = X1XX XXXX H 4 CAN 通迅的控制图 7 带有集成收发电路的标准应用 4.1 控制 SJA1000 的基本功能和寄存器 SJA1000 由主控制器的程序进行功能配置和激活因此 SJA1000 能满足不同属性的 CAN 总线系统的要求主控制器和 SJA1000 之间的数据交换经过一系列的寄存器控制段和一个 RAM 信息缓冲器完成对于主控制器来说构成发送和接收缓冲器的寄存器和一部份 RAM 的地址窗口就象是外围的寄存 - 7 -

广州周立功单片机发展有限公司 http://www.zlgmcu.com 器表 2 列出了这些寄存器并根据它们在系统中的作用分组注意一些寄存器只在 PeliCAN 模式有效控制寄存器就仅在 BasicCAN 模式里有效而且一些寄存器是只读的或只写的还有一些只能在复位模式时被访问关于寄存器的读和或写访问位定义和复位值的更多信息可在数据表[1]中找到表 2 SJA1000 内部寄存器的分类使用类型寄存器名称符号寄存器地址模式控制命令时钟分频验收代码屏蔽总线定时寄存器 0 1 输出控制命令状态中断中断使能控制仲裁丢失捕捉错误代码捕捉 MOD CR CMR CDR ACR AMR BTR0 BTR1 OCR CMR SR IR IER CR ALC ECC 错误警告限制 EWLR RX 错误计数 RXERR PeliCAN 模式 0 31 16 29 20 23 6 7 8 1 2 3 4 11 12 13 14 选择不同的操作模式的要素设定 CAN 通讯的要素复杂的错误检测和分析的要素信息缓冲器 BasicCAN 模式 0 1 31 4 5 6 7 8 1 2 3 0 功能验收滤波器仅听自和复位休眠我检测模式选择 BasicCAN 模式里的复位模式选择 BasicCAN 模式里的休眠模式命令 PeliCAN 模式比较器旁路模式或 TX1 管脚 14 输出模式的 CLKOUT 管脚 7 时钟信号的设定选择验收滤波器位模式的选择位时序参数的设置输出驱动器属性的选择用于自我接收清除数据溢出释放接收缓冲器发送中止和发送请求的命令信息缓冲器的状态 CAN 核心模块的状态 CAN 中断标志在 PeliCAN 模式里中断的使能和禁能在 BasicCAN 模式里中断的使能和禁能显示仲裁丢失位的位置显示最后一次错误类型和位置产生错误警告中断的限值选择反映接收错误计数器的当前值反映发送错误计数器的当前值接收 FIFO 里的信息数目显示在接收缓冲器里有效信息的当前内部 RAM 地址 TX 错误计数 TXERR 14 15 Rx 信息计数器 RX 缓冲器开始地址发送缓冲器接收缓冲器 RMC RBSA 29 30 TXBUF RXBUF 16 28 16 28 10 19 20 29 4.1.1 发送缓冲器/接收缓冲器要在 CAN 总线上发送的数据被载入 SJA1000 的存储区这个存储区叫发送缓冲器从 CAN 总线上收到的数据被存储在 SJA1000 的存储区这个存储区叫接收缓冲器这些缓冲器包括 2 3 或 5 个 - 8 -

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