Cortex-M3內(nèi)核芯片LM3S2965的CAN總線節(jié)點設計

摘要：根據(jù)CAN總線的特性，給出了基于Cortex-M3內(nèi)核的LM3S2965芯片中CAN總線節(jié)點的硬件電路、軟件實現(xiàn)框架及部分代碼。初始化代碼部分可以直接應用在其他CAN總線的接口設計中。
關鍵詞：CAN；Cortex-M3；稱重儀表；現(xiàn)場總線

引言
CAN總線具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價格比高等諸多特點。CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))屬于總線式通信網(wǎng)絡，它是一種專門用于工業(yè)自動化領域的網(wǎng)絡，不同于以太網(wǎng)等管理和信息處理用網(wǎng)絡，其物理特性及網(wǎng)絡協(xié)議特性更強調(diào)工業(yè)自動化的底層監(jiān)測及控制。它采用了最新的技術及獨特的設計，可靠性和性能超過了已陳舊的現(xiàn)場通信技術，如RS485、BITBUS等。
多數(shù)采用微處理器結合CAN控制器芯片的硬件方案，軟件實現(xiàn)上是對CAN控制器芯片的寄存器編程，比較繁瑣。Luminary Micro公司(現(xiàn)已被TI公司收購)所提供的Stellaris系列是基于ARM Cortex-M3的控制器，它們?yōu)閷Τ杀居绕涿舾械那度胧轿⒖刂破鲬梅桨笌砹烁咝阅艿?2位運算能力。其中，LM3S2000系列是針對控制器局域網(wǎng)(CAN)應用方案而設計的一組芯片，它在Stellaris系列芯片的基礎上擴展了Bosch CAN網(wǎng)絡技術——短距離工業(yè)網(wǎng)絡里的黃金標準。
目前，很多系統(tǒng)需要稱重數(shù)據(jù)。本文介紹一種利用LM3S2965芯片設計的CAN總線節(jié)點的軟硬件方案，可以直接將儀表與傳感器組成的稱重系統(tǒng)接人現(xiàn)有的分布式網(wǎng)絡中。

1 系統(tǒng)硬件設計
基于CAN總線的分布式控制網(wǎng)絡系統(tǒng)如圖1所示。采用現(xiàn)場總線式集散控制系統(tǒng)(Field Distributed Control Svstem，F(xiàn)DCS)結構，由CAN總控中心、控制節(jié)點以及CAN現(xiàn)場控制網(wǎng)絡組成。CAN總控中心主要完成在線系統(tǒng)監(jiān)控，多個智能節(jié)點各自獨立完成數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)設定、運行顯示控制等，通過CAN現(xiàn)場總線，在操作站和智能節(jié)點之間交換各種數(shù)據(jù)和管理控制信息。圖中的任何一個控制節(jié)點都可能是稱重系統(tǒng)，由稱重傳感器和稱重儀表組成。通過這個控制網(wǎng)絡，總控中心就可以監(jiān)控、操作各個稱重單元的工作狀態(tài)。

本文利用TI公司生產(chǎn)的LM3S2965設計了一種CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點。節(jié)點包括A／D轉(zhuǎn)換、顯示、按鍵輸入、CAN接口等多個部分，根據(jù)系統(tǒng)的要求還可以增加更多的模塊。本文僅介紹CAN接口部分，其硬件電路如圖2所示。該電路主要包括CAN總線收發(fā)器SN65HVD1050D、高速光電耦合器6N137以及與微控制器LM3S2965的接口部分。LM3S2965通過內(nèi)置CAN控制器極大地簡化了硬件設計和軟件編程，加速了實現(xiàn)方案的設計，且穩(wěn)定可靠性得到保證。

為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，LM3S2965的TXO和RXO通過高速光耦6N137與CAN收發(fā)器SN65HVD1050D相連，很好地實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5 V隔離輸出的開關電源模塊實現(xiàn)，這些部分雖然增加了節(jié)點的復雜程度，但卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。6N137光耦合器的使用需要注意兩點：第一，6N137的第6腳輸出電路屬于集電極開路電路，必須接一個上拉電阻；第二，6N137內(nèi)部的第2腳和第3腳之間是一個LED，必須串接一個限流電阻。