工业控制中的CAN总线接口模块硬件设计原理解析

工业控制中的CAN总线接口模块硬件设计原理解析

0 引言

ADM3053是ADI公司2011年推出一款集成信号和电源隔离功能的CAN 收发器。本文采用集成ECAN 模块的TMS320F2812 和ADM3053 来设计CAN 节点。该设计将内嵌ECAN模块的DSP作为节点主控制器，同时采用ADM3053芯片有效替代了传统CAN收发器、信号隔离、供电隔离三部分电路，有效实现了模块小型化、低功耗、低成本。

1 硬件设计

1.1 硬件系统设计

（2）性能更高。在时序精度、瞬态共模抑制力、通道间匹配性能均优于传统光电隔离器；（3）产品成本更低。每个通道成本相当于传统光电隔离器的40%.

1.2 ECAN模块结构

ECAN的接口与结构电路如图2所示。ECAN具有32位内部结构，包括协议内核（CPK）和消息控制器。

一个消息有11位或29为标识符、一个控制域和最多8个字节的数据构成。当要发送一个消息时，消息控制器把这个消息发送到CPK 的发送缓冲区中，以便在下一个总线空闲状态时开始发送消息。当多于一个消息要被发送时，最高优先级的消息将被消息控制器发送到CPK中，如果两个消息的优先级相同，则大序号的邮箱首先发送。

1.3 接口电路设计

本文使用的接口管理CPU 为TMS320F2812,使用其内部集成的ECAN模块，因此只需要连接CAN总线收发器模块和隔离器件即可实现CAN总线接口功能。

ECAN接口电路图如图3所示。

ADM3053的左侧为逻辑端，逻辑端管脚接线如下：

（1）RXD 和TXD 分别接DSP 的ECANRX 和ECANTX引脚；

（2）VCC接逻辑端VCC（+5 V）电源；

（3）VIO接DSP的IO供电电压VIO;

（4）GND管脚接逻辑端地线端GND_LOG.

ADM3053 的右侧为总线端，总线端的管脚接线如下：

（1）CANH 和CANL 之间与CAN 物理总线相连，且确保总线两端并联120 Ω端接电阻；

2 软件设计

2.2 通信软件

2.2.1 系统初始化

ECAN模块初始化在初始化模式下才能进行，初始化模式和正常操作模式之间的转换时通过CAN网络同步实现的，也就是说，CAN 控制器在改变模式之前，要检测总线空闲状态（等于11个接收位），如果产生支配总线错误，CAN控制器将不能检测到总线空闲状态，因此也不能完成模式切换。将CCR寄存器置1,使CAN模块工作于初始化模式，而且只有CCE寄存器设置为1时，才能执行初始化操作。完成上述设置后，才能操作ECAN模块配置寄存器。ECAN模块的初始化流程如图5所示。

2.2.2 消息发送

根据系统初始配置，将待发送的数据写入ECAN模块相应消息邮箱的数据区，这里需要注意数据字节顺序DBO 寄存器的设置。当DBO=0 时，数据读写从CAN-MDL寄存器的最低有效位开始，到CANMDH 寄存器的最高有效位结束。当DBO=1 时，数据读写从CANMDL寄存器的最高有效位开始，到CANMDH 寄存器的最低有效位结束。置发送命令字CANTRS.n=1,启动发送操作，ECAN模块将自动置响应命令字CANTA.n=1.最后手动清发送命令字和响应命令字。消息发送流程如图6所示。

2.2.3 消息接收

根据系统初始配置，ECAN模块接收邮箱中接收到总线上的消息时，相应的接收消息等待寄存器CAN-RMP.n被置位，此时CPU应该核对消息丢弃标志寄存器RML.如果RML 为1,说明邮箱中的消息已被覆盖，CPU可以选择向源节点请求重发，本次接收流程结束。

当RML为0时，CPU可以从邮箱数据区读取数据，同时清RMP.n,然后进入等待接收状态（RMP=0,RML=0）。

消息接收流程如图7所示。

2.2.4 过载处理

如果CPU 的速度不能快速地处理重要消息，出现消息过载情况，这种情况可以通过增加备份邮箱来解决，即配置多个相同标识符的邮箱。对于ECAN 模块，每个消息对象有自己的屏蔽LAM（n）。为了保证不会丢失消息，将备份消息对象的覆盖保护寄存器OPC 标志位置位，从而防止未读取的消息被覆盖。如果ECAN模块需要存储接收到的消息，则先查看备份邮箱，如果备份邮箱为空则存储消息。如果备份邮箱的RMP标志被置位，说明消息未被读取。由于备份邮箱数据无法被覆盖，故将消息数据存储在原始邮箱，此时产生的一个中断可以用来读取备份邮箱的重要数据。

由图8 可以看出总线信号（CANH,CANL）规整，差分后信号波形平滑，眼图显示接口通信品质良好。

3 结论

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