AVR单片机集成CAN总线控制器分析与应用

引言

        CAN总线应用中，总线节点是CAN总线的基本组成部分。CAN总线节点有两种典型设计方法，第一种方法采用MCU结合独立CAN控制器组成总线节点[1]；第二种方法采用独立的MCU，这时MCU需要内部集成CAN控制器。由于第二种设计方法所用的器件少，电路关系简单，已得到广泛应用。本文重点分析AVR系列单片机内部集成的CAN控制器及其应用方法。

AT90CAN集成CAN总线控制器分析

        AVR内部集成CAN控制器的芯片主要包括AT90CAN32/64/128三种单片机，它们之间的主要区别是存储空间不同。


        AT90CAN32/64/128内部集成的CAN总线控制器由CAN通道和邮箱组成，其工作参数通过寄存器设置，工作过程也通过寄存器监控。CAN控制器基本结构如图1所示。

CAN总线控制器组成

CAN通道

        CAN通道是CAN控制器用于完成发送和接收的部分。使用CAN控制器时，需要对CAN通道工作模式和位定时进行设置。

(1)CAN通道工作模式

        CAN通道有使能、待命以及只听三种工作模式。不同模式下通道、时钟以及寄存器的工作模式不同，详细内容见参考文献[3]。

(2)位定时

        CAN通道位定时的概念和基本规定与CAN总线协议一致。AVR系列单片机中，CAN总线控制器时间份额(TQ)即为波特率分频器输出时钟信号的周期。CAN总线位周期由同步段(SYNS)、传播段(PRS)、相位缓冲段1(PHS1)、相位缓冲段2(PHS2)组成，每个时间段的长度都是时间份额(TQ)的整数倍。通过位定时设置可以确定各时间段的长度，同时还可以设置重同步跳转宽度(SJW)以及信号采样位置和采样次数。设置时，CAN总线位时间必须设置在8～25个时间份额之间。位定时设置完毕后即可计算总线波特率，计算方法见参考文献[3]。

邮箱及报文对象(MOb)

        AT90CAN32/64/128单片机集成的CAN控制器通过邮箱存储报文，并以MOb的形式管理。邮箱包含15个独立的MOb，每个MOb都可以设置为接收或发送模式。发送时，编号小的MOb优先级高。接收时，只有当CAN控制器接收到报文的标识符与某个MOb预先设置的标识符吻合时，CAN控制器才会将接收到的报文存储在该MOb中，并可以通过中断的方式通知单片机。CAN控制器还可自动对远程帧作出应答，从而减轻CPU的负担。

(1)MOb工作模式


        MOb包括禁止、发送、接收、自动应答、帧缓冲器接收等6种不同的工作模式。芯片复位后，MOb并没有默认的工作状态。因此，在使能MOb之前必须对MOb进行配置，配置内容及相应的工作模式如表1所示。