基于PIC单片机的嵌入式CAN智能节点及其与PC的通信

文章摘要： 摘 要：本文介绍了基于PIC16F874单片机的嵌入式CAN智能节点的软硬件设计，同时应用PCL-841 CAN接口卡使嵌入式CAN智能节点与PC之间实现了通信，完成了电压、电流、温度等信号的实时采集、可靠传输和实时显示，实现了PC端对嵌入式CAN智能节点PWM波输出的脉冲宽度的控制。关键词：CAN总线； 智能节点； SPI； CAN控制器引言 CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对数据的成帧处理。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块编码，采用这种方法可使网络内节点个数在理论上不受限制

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     摘 要：本文介绍了基于PIC16F874单片机的嵌入式CAN智能节点的软硬件设计，同时应用PCL-841 CAN接口卡使嵌入式CAN智能节点与PC之间实现了通信，完成了电压、电流、温度等信号的实时采集、可靠传输和实时显示，实现了PC端对嵌入式CAN智能节点PWM波输出的脉冲宽度的控制。
关键词：CAN总线； 智能节点； SPI； CAN控制器

引言
     CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对数据的成帧处理。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块编码，采用这种方法可使网络内节点个数在理论上不受限制，还可使不同的节点同时收到相同的数据。
本文介绍了嵌入式CAN智能节点，并且应用PC和嵌入式CAN智能节点组成了CAN通信系统，完成了电压、电流、温度等信号的实时采集、可靠传输和实时显示，实现了PC端对嵌入式CAN智能节点PWM波输出的脉冲宽度的控制。

     基于PIC单片机的嵌入式CAN智能节点的设计
     嵌入式CAN智能节点以PIC16F874单片机作为嵌入式微控制器，以MCP2510作为CAN控制器，以PCA82C250作为CAN收发器，具有现场/远程控制功能。根据用户的需求，嵌入式CAN智能节点通过连接相应的传感器可以完成多种信号的实时采集、可靠传输和实时显示，PWM波输出可以用于控制相应的负载。嵌入式CAN智能节点通过外接电路可以实现电路保护、现场组态、自动调节、故障诊断报警、状态检测等功能，完成对电机、阀门、泵等电器的驱动和智能控制。
    硬件设计
     Microchip公司的单片机PIC16F874采用RISC指令系统，哈佛总线结构，低功耗，高速度。内部集成了ADC、串行外围接口(SPI)和Flash程序存储器等，具有PWM输出、LCD驱动等功能。PIC16F874通过SPI接口可以实现与CAN控制器MCP2510的无缝连接。PIC16F874的I/O资源丰富，共有A、B、C、D、E五个I/O口，每个I/O口除了基本用途外还有一些特殊功能。
      基于PIC16F874的嵌入式CAN智能节点的硬件原理图如图1所示，主要包括以下四个模块：
     CAN通信模块
     嵌入式CAN智能节点的CAN通信模块由CAN控制器MCP2510和CAN收发器PCA82C250组成。MCP2510可以完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能，支持高速SPI接口(最高数据传输速率可以达到5Mb/s)，支持CAN2.0A/CAN2.0B协议。CAN收发器PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，对物理总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，同时它可以增大通信距离，提高嵌入式CAN智能节点的抗干扰能力。
      PIC16F874通过SPI与CAN控制器MCP2510连接，其串行数据输入(SDI)脚与MCP2510的SO脚相连，其串行数据输出(SDO)脚与MCP2510的SI脚相连，其串行时钟(SCK)脚与MCP2510的SCK脚相连。MCP2510的复位信号、片选信号由单片机A口的RA5、RA2提供，MCP2510的中断信号、接收缓冲区满中断信号输出到单片机B口的RB0、RB5。
      通过设置PIC16F874的SPI接口状态寄存器和控制寄存器使SPI接口工作于主动方式。PIC16F874与MCP2510进行通信时的时序是非常重要的。发送数据时，先发送写指令，再发送寄存器地址，最后发送数据。当MCP2510接收到由总线传来的数据时会产生中断，单片机响应中断，读取数据时先发送读指令，再发送寄存器地址，数据会自动写入单片机SPI接口的缓冲器中。
     显示模块
     嵌入式CAN智能节点采用OCMJ4Χ8显示模块，该显示模块可以显示汉字、ASCII码等，其所有的设置初始化工作都可以在上电时自动完成。
     OCMJ4Χ8显示模块的数据线DB0~DB7与单片机的D口相连，请求(REQ)脚、应答(BUSY)脚分别与单片机B口的RB4、E口的RE2相连。显示模块的RT1、RT2引脚外接可调电阻用于调节LCD的亮度。
     显示模块接口协议为请求/应答(REQ/BUSY)握手方式。BUSY为高电平表示显示模块忙；当BUSY为低电平时表示显示模块空闲，等待接收命令。单片机先向显示模块发送命令或数据，然后发送请求信号，请求显示模块进行处理，显示模块置BUSY为高电平，对命令或数据进行处理，处理结束后置BUSY为低电平。

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