- 接口卡的硬件設計
- 接口卡的軟件設計
- 接口卡的系統調試
- 采用同步通信方式進行
- 選用芯片82C250作為CAN控制器和物理總線間的驅動接口
前者具有傳輸速度快的特點，但卻要占用一個計算機的插槽，并且設計上十分困難；后者的傳輸速度也很快，且價格較便宜，但要花費很大的精力進行USB的固件開發和維護，并要編寫復雜的驅動程序。根據此，需要設計一種能夠方便讀取CAN總線數據，并通過RS232串行口將數據送給PC機處理和顯示的接口卡；此外還需對其串行傳輸的協議進行加強，以使能有效地降低傳輸過程中出現的錯誤。
接口卡的硬件設計
硬件部分主要包括主控制器、CAN總線控制器、CAN總線收發器以及與計算機的RS232通信接口芯片等。系統的總體結構如圖1所示。主控制器通過CAN總線接口接收和緩存數據。根據PC機的命令進行選擇性的數據傳輸。
1與CAN總線接口
如圖2所示，接口卡的控制器選用Atmel公司的AT89S51，該單片機的引腳和功能與8051兼容，并且內部含有4KB的FLASHROM，支持在系統編程(ISP)，這樣可以很方便地將應用程序下載到單片機里。
CAN總線控制器選用Philips公司生產的SJA1000，該芯片是PCA82C200CAN控制器的替代品，而且新增加了一種PeliCAN工作模式，能夠支持CAN2．0B協議。它還支持錯誤中斷、報警限制、驗收濾波器擴展和自接收請求等功能。在系統中，將SJA1000的中斷輸出引腳INT接到單片機的中斷輸入引腳，這樣可以在接收數據或者總線錯誤時產生中斷，由控制器進行相應的處理。SJA1000的片選CS端接單片機的P2．7引腳，這樣SJA1000的地址就確定為7F00H～7FFFH。
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選用芯片82C250作為CAN控制器和物理總線間的驅動接口，可以提供對總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力，其最高速可達1Mb／s。由于實際系統中存在干擾，故增加高速光隔6N137，以起到隔離的作用。電氣接口很簡單，有CANH和CANL兩根線，用以完成CAN的數據傳輸。在CAN總線的兩端有一個120Ω的電阻，其作用為匹配總線阻抗，用于提高數據通信的抗干擾性及可靠性。具體電路如圖2所示。
2與RS232接口
RS232標準是美國電子工業聯合會(EIA)制定的一種串行物理接口標準，它適合于數據傳輸率在O～20000b／s范圍內的通信，目前廣泛用于計算機與終端或外設之間的近端連接。實際工作時，應保證電平在5～15V之間。所以為了與單片機進行通信。必須對其電平進行轉換。現在常用的轉換芯片是MAX232。MAX232內部有電壓倍增電路和轉換電路，只需5V電源便可實現TTL電平與RS232電平的轉換，使用十分方便。串口接口電路如圖3所示。
[page]接口卡的軟件設計
1RS232接口軟件設計
單片機與PC端的數據通信需要設計一個通信協議，采用同步通信方式進行。將通信協議分成命令幀、應答幀和數據幀三種格式。每種幀都包含有起始字節、數據長度、校驗字節和幀結束字節。具體格式如圖4所示。
命令幀共6個字節，傳輸方向為PC機到單片機。以0X00H作為幀起始，數據長度為2，當數據1和數據2同為0X00時，表示啟動接口卡，單片機接收到該信號后．會初始化SJA1000，并將結果反饋給PC機(成功或失敗)；當數據1和數據2同為0XFFH時，表示要求接口卡停止工作，單片機會讓SJA1000進入睡眠模式，以退出總線；當數據1為0X01H時，表示PC機要求只接收某個節點的數據，數據2則表示該接點的節點號，單片機會重新設置SJA1000的驗收濾波器，屏蔽掉其他不需要的節點數據。
應答幀共6個字節，傳輸方向為單片機到PC機。以0X11H作為幀起始，數據長度為2，當單片機接收到PC機的啟動或停止命令，并設置成功后，發送兩字節數據同為0X00H給PC，若設置失敗，則發送兩字節數據同為0XFFH給PC；對于PC要求讀取特定節點的命令，單片機以0X10H作為應答起始，并以兩字節同為0X00H表示成功，兩字節同為0XFFH表示失敗。
數據幀為接口卡從總線上讀到的數據，因為總線上數據有標準幀、遠程幀等之分，而且每個幀中裝載的數據長度未知，所以數據幀的長度不定，其傳輸方向也為單片機到PC，起始字節為0X22H。SJA1000每次接收到有效數據后會讓單片機產生接收中斷，單片機則在中斷處理中將數據首先讀入到RAM中暫時存放，然后計算其數據長度和校驗和，將數據封裝成幀，然后將幀通過串口送給PC處理和顯示。
各種類型的幀以0X33H作為幀結束標識。校驗和字節用來保證數據的準確性，單片機在發送數據前將各個字節相加，并將結果填人校驗字節。PC端接收到數據后，重新計算校驗和，并與單片機發送的校驗和相比較，相同則正確接收，否則要求單片機重新發送。
2協議的透明性分析
在同步傳輸數據的過程中，幀的起始字節和結束字節是非常重要的，它能夠保證數據幀的準確性。但因為這兩個字節的存在，同時也引出了另一個待解決的問題，就是當數據場中出現了與起始字節相同的數據時，很有可能會導致PC端把它看成一個新的幀起始，從而導致數據的處理和顯示錯誤，這也就是數據傳輸的透明性問題。針對串口的數據傳輸，有一種比較好的解決方案。該方法將數據轉換成為ASCII字符來進行傳送，就是將每個字節的數據進行拆分，將一個16進制的字節拆分成兩個字節，如5AH，5BH，5CH，…，可以拆分為50H，0AH，50H，0BH，50H，OCH，…，PC機再接收到數據后，再將數據進行兩兩相或組合。這樣，只需要32個字節就可以組合成為00H～0FFH中任一個數據。但這種辦法的缺點也是顯而易見的，應用它所發送的有效數據量是正常發送的兩倍，對于串口這種傳輸速度不高的通信介質而言，在數據量較大的情況下，不是一種可取的方法。
在該接口卡中作者采取了另一種轉義字符的方法。首先定義一個轉義字符標識OXDBH。對于CAN總線而言，其每個幀的最大數據長度為8，即使將CAN的幀信息和識別碼全部當作數據發送，其長度最大也只有13B。這樣可以肯定的是，正常情況下數據幀中數據長度字節的高4位必然為0。因此在數據發送之前，首先檢查該數據中是否有與起始字節0X22H、結束字節0X33H和轉義標識0XDBH相同的數據，如果沒有，則正常發送；如果有，則檢測出與這兩個字節相同數據的個數，并將該個數填充到數據長度字節的高4位中；同時，將這些數據前添加轉義字符標識，并將該數據進行轉義。如數據0X22H。0X33H，0XDBH…，則轉義成0XDBH。0XD2H。0XDBH，0XD3H，0XDBH，0XDDH…。PC機在接收到數據幀后，首先檢查數據長度字節，看其高4位是否為0，如果為0，說明該數據組不存在轉義字符，可以直接處理；如果為N。則表明數據組中存在N個轉義字符，并且每個轉義字符都以0XDB開始，需要首先將它們重新修改回原始數據。相比而言，這種辦法有很好的穩定性和接口利用率，其數據流量也不會很高。
3CAN接口程序設計
CAN總線的接口程序主要就是進行SJA1000的初始化過程和后面的接收中斷處理過程。CAN初始化主要是設置CAN的通信參數。需要初始化的CAN控制寄存器有：模式寄存器(MOD)、驗收代碼寄存器(ACR)、驗收屏蔽寄存器(AMR)、總線定時寄存器(RTR)、輸出控制寄存器(OC)、中斷寄存器(IR)和中斷使能寄存器(IER)等。這些寄存器都只能在SJA1000處于復位狀態下才可寫訪問。當SJA1000進入工作模式后，就能夠自動接收總線上的數據，并將其放入接收緩沖區，同時產生接受中斷，單片機進入中斷后將數據從緩沖區中讀出，并釋放緩沖區。中斷返回后，再將數據封裝成幀發送給PC機。
4PC端程序設計
PC端程序使用VB6．0進行開發。VB6．O在圖形界面的制作上比較方便，使用Mscomm組件能夠輕松地制作串口的監視環境。只要在軟件設計時將上述協議添加進行。圖5給出了使用VB6．0開發的軟件調試情況。
該CAN總線接口卡經過實驗驗證，證明可以達到預期的要求，能夠良好地監視總線上的數據，而且結構簡單，有較大的利用價值。當CAN總線系統數據流量較大時，可以考慮使用USB接口和PC機進行通信，這樣就能夠更好地解決速度匹配和應用場合受限的問題。
