MCP2515在ATmega16单片机CAN总线扩展中的应用.doc

MCP2515在ATmega16单片机CAN总线扩展中的应用 　　摘 要 　　针对大多数通用单片机缺少CAN总线模块，提出了一种基于MCP2515的ATmega16单片机总线接口扩展设计。通过对CAN协议控制器工作原理进行研究，给出了具体的硬件设计和软件流程，并在WinCE平台编写上位机程序来显示接收到的数据帧。 　　【关键词】CAN总线 ATmega16 MCP2515 接口扩展 　　为了能让ATmega16这种通用单片机具备CAN总线功能，本文以它作为主控芯片，通过对CAN协议控制器MCP2515进行控制，使单片机也能接收和发送CAN报文。整个设计既可以单独作为CAN-RS232适配器使用，又可以作为单片机或ARM的端口扩展。 　　1 MCP2515工作原理 　　MCP2515是一款具有SPI接口的独立CAN控制器，负责处理所有CAN总线上的报文发送与接收。主要由CAN模块、控制逻辑、SPI协议模块构成，自身具有非常丰富的中断源，包括发送接收中断、各种错误中断以及总线唤醒中断等。系统上电后MCU首先将MCP2515配置在配置模式，然后分别对总线速率、验收屏蔽寄存器以及发送接收使能进行设置。设置完成后再由MCU将其改为正常模式，此后MCP2515会主动监视总线上的所有报文。MCU对MCP2515的操作主要分为三种：读指令、写指令、位修改指令。以读指令时序为例，MCU首先通过将片选端置低，然后通过MOSI引脚发送8位读指令和8位地址码，随后MCP2515会将相应地址寄存器内的数据通过MISO引脚发送给MCU。写指令和位修改指令类似。 　　2 硬件电路设计 　　系统采用ATmega16单片机作为主控芯片，单片机的MOSI和MISO引脚分别连接MCP2515的SI和SO引脚，用于传输地址、数据以及指令。CS引脚为MCP2515片选使用，用户需要软件处理将CS引脚置低。SCK作为主机的时钟输出引脚，当对SPI数据寄存器写入数据时单片机自动启动SPI时钟，通过SCK引脚与MCP2515实现同步。在对MCP2515进行工作模式配置时，需要先通过RESET引脚对其复位。由于单片机采用中断方式接收CAN总线数据，因此还需要连接MCP2515的中断引脚。MCP2551的RS引脚接地，使其工作在高速模式，总线两端要加120欧终端电阻，起到匹配滤波的作用。 　　3 软件设计 　　软件设计分为mega16单片机本身编程和MCP2515的编程操作两部分。具体步骤如下： 　　（1）编写SPI读写操作函数，由于mega16单片机自带有SPI接口，因此可以直接使用内部寄存器而不用考虑时序。 　　（2）编写MCP2515寄存器读操作、写操作以及位修改操作指令。这部分可参考数据手册进行编写。例如读操作，首先片选MCP2515，然后分别发送读操作指令0x03、寄存器地址，随后将接收到一个字节数据存放到变量data，最后取消片选，返回变量data。 　　char MCP2515_Read（char address） 　　{ char data；MCP2515_Select（）；SPI_SendByte（0x03）；SPI_SendByte（address）； 　　data = SPI_RecvByte（）；MCP2515_UnSelect（）；return data；} 　　（3）配置单片机串口控制寄存器、SPI控制寄存器及定义外部中断。 　　（4）配置MCP2515，包括配置总线速率、是否报文验收滤波、发送接收缓冲器是否使能。 　　（5）判断串口是否为空，若为空，转到第六步，否则，将接收到的串口数据放到发送缓冲寄存器中。由于在报文发送前已经规范好了帧格式，因此可以依次将接收到的数据按字节顺序写入MCP2515发送缓冲器寄存器中。发送数据程序如下： 　　for（i=1；icom_len；i++）{MCP2515_Write（0x30+i，com_recv[i]）；}MCP2515_Set（0x30，com_recv[0]，com_recv[0]）。 　　（6）判断单片机外部中断引脚是否为低电平，若为低，说明MCP2515接收缓冲寄存器满，此时关中断，读取数据长度，再将接收缓冲寄存器中的值通过串口输出。为方便上位机程序接收完整的一帧数据，需要对每一帧加上帧头和帧尾。 　　4 上位机软件实现 　　本文使用现在市面上常用的CAN-USB适配器，由电脑分别发送ID为1、2、3、4，长度为8字节和7字节的标准帧和扩展帧，经上述设计的总线转换模块接收，经过协议转换后通过串口输出到嵌入式平台显示，以检测数据的正确性。通过在嵌入式平台上编写CAN总线数据监测程序，可以成功接收并显示CAN总线数据的ID号、数据长度、数据值以及报文