摘要：IT公司的MSP430系列單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，具有豐富的片內外設，有極其廣闊的應用范圍。介紹基于MSP430系列單片機的RS232／RS485 CAN總線通信轉換接口的設計與實現，重點討論其硬件配置和軟件功能，給出電氣原理和軟件流程。
關鍵詞：MSP430；CAN總線；接口；轉換卡；設計

1 引言
    控制器局域網(Controller Area Network，簡稱CAN)是德國奔馳公司20世紀80年代為解決汽車眾多控制設備與儀器儀表之間的數據交換開發(fā)的一種串行通信協議。它作為現場總線的一種廣泛應用于各種工業(yè)現場，根據不同的需要或以主從方式、或以多主方式工作。CAN總線使用的通信介質為雙絞線或其他電纜，傳輸速率可達lMb／s。 CAN總線與其他通信網的不同之處有二：一是報文傳送中不包含目標地址，它是以全網廣播為基礎，各接收站根據報文中反映數據性質的標識符過濾報文，該收的收下，不該收的棄而不用。其好處是可在線上網下網、即插即用和多站接收；二是特別強化了對數據安全性的關注，滿足控制系統及其他較高數據要求的系統需求。鑒于其極高的可靠性、獨特的設計、高速率和傳輸距離較長等，特別適合于工業(yè)現場監(jiān)控設備的互連。

2 系統簡介
    CAN總線采用總線式網絡拓撲結構，如圖l所示。采用CAN總線特有的多主傳送方式，各個分機根據需要有數據時才主動發(fā)送，無需主機不停的輪詢，從而節(jié)省網絡上的數據流量，提高傳輸效率。

    現有的監(jiān)控設備大多采用的是RS一232或RS一485串行通信，為在此基礎上組建CAN通信網絡，筆者設計了一款便攜式CAN總線接口轉換卡，該轉換卡可采用鋰電池作為供電電源，功耗低、體積小、重量輕，可滿足便攜式需要。

3 系統硬件結構設計
    德州儀器公司的MSP430系列單片機是一種超低功耗微控制器，電壓范圍為 1.8V～3.6V。該處理器通過16位RISC系統、16位CPU、集成寄存器和常量發(fā)生器來獲得最大代碼效率。MSP430系列超低功耗微控制器是應用于工業(yè)控制、數字化電機控制、手持式儀表等設備中的理想微控制器。本設計選用MSP430F449型單片機，它具有豐富的片上模塊：最多8路12位 A/D轉換器、48個I／O端口、2個UART看門狗、2個內置16位定時器、可在線仿真的Flash內存、7路PWM輸出、LCD驅動等。

    便攜式CAN總線接口轉換卡的電氣結構原理框圖如圖2所示，它由電源模塊、CAN通信接口電路、串口電平轉換電路、緩存和LCD模塊組成。

3.1 CAN通信接口電路
    系統硬件以Philips公司的SJA1000型CAN總線控制器為核心，它是一款獨立的CAN總線控制器，主要用于工業(yè)環(huán)境中。它也是Philips半導體PCA82C200型CAN控制器(Basic CAN)的替代產品，經過簡單總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理層和數據鏈路層的所有功能。SJA1000由CAN核心模塊、發(fā)送緩沖區(qū)、接口FIFO、驗收濾波器和接口管理邏輯組成。CAN核心模塊主要負責CAN信息幀的收發(fā)和CAN協議的實現，接口管理邏輯負責SJA1000與主控制器的接口。在進行數據傳輸時，主控制器把標識符和數據送入發(fā)送緩沖區(qū)后請求發(fā)送，從而啟動CAN核心模塊讀取發(fā)送緩存區(qū)中的數據，再按CAN協議封裝成完整的CAN信息幀，通過收發(fā)器發(fā)往總線，發(fā)送緩存區(qū)的容量為13字節(jié)。驗收濾波器單元對接收到的信息進行處理后送到接收FIFO中，接收FIFO為64字節(jié)。PCA82C250型CAN總線收發(fā)器是CAN控制器與物理總線之間的接口，它提供了CAN控制器向總線的差動發(fā)送、接收能力。該收發(fā)器依靠引腳8 (RS)的不同連接可以選擇3種不同的工作方式：高速、斜率控制和待機方式。通過RS引腳對地連接的電阻器可對總線進行斜率控制，斜率正比于引腳RS上的電流輸出。對于傳輸速率要求較高的應用場合，通常將引腳8直接接地以選擇高速方式。在此方式下，發(fā)送器輸出晶體管簡單地以盡可能快的速度啟閉，不采取任何措施限制上升和下降斜率，因此必須采用屏蔽電纜以避免射頻干擾。CAN控制器的發(fā)送和接收端口分別通過1個光電隔離電路與PCA82C250連接，有效地抑制了總線引入的干
擾。

3.2 串口電平轉換模塊
    在本設計中，MSP430F449只用1個USART接口，而CAN轉換卡集成了RS232、RS485 2個通信模塊，設計中通過DIP開關選擇接口類型。RS232和RS485串口電平轉換模塊分別選用Maxim公司的MAX3221和MAX3485。

3.3 電源模塊
    整個系統除由鋰電池供電外，還可以用小型變壓器等外部電源供電，以滿足不同場合的需求。選用TPS7333作為MSP430F449的穩(wěn)壓電源輸出3.3V 的系統供電電壓。為保證數據正常傳輸，電源電路中還配有bq24012型電池充電管理電路，以便在電池電量較低、可能會影響正常數據傳輸時及時報警，提醒更換電池或充電。

3.4 緩存和LCD模塊
    為了節(jié)省PC的工作時間，設計時用TMS44400型動態(tài)存儲器擴展動態(tài)存儲區(qū)間，傳輸數據時首先讀取報頭信息以決定是實時傳輸還是緩存操作。MSP430F449帶有液晶驅動模塊，設計中選用東顯公司的 EDS805型液晶顯示模塊，用它實時顯示系統的狀態(tài)特性、數據的傳輸速度、剩余時間等，它還可以進行電源欠壓報警。

4 軟件設計
    MSP430的內核結構采用具有高透明格式的精簡指令(RSIC)設計。CAN信息的接收和發(fā)送一樣，是由CAN控制器自動完成的，程序只需從相應的緩存器中讀取相應的數據，再進行相應的處理即可。在此系統中，單片機完成初始化任務后進入低功耗睡眠狀態(tài)，任一中斷均可將其喚醒，轉而執(zhí)行相應的中斷服務子程序。系統的2個中斷源分別為PC串口發(fā)送和下位機CAN信息接收，這樣做的好處是盡可能地避免由于數據超限而引起的數據重發(fā)。圖3示出系統CAN初始化流程，圖4示出發(fā)送中斷服務程序流程。由于篇幅關系，本文略去接收中斷服務程序流程，其流程大致與發(fā)送流程相反。

5 結束語
    本文介紹了CAN總線通信接口轉換卡的軟硬件設計，期望給研究CAN總線應用的設計人員提供一些借鑒和幫助。所介紹的CAN總線通信接口轉換卡的結構簡單且抗干擾能力強，非常適用于構成中小型分布式測控網絡。隨著支持CAN協議的器件不斷增多，CAN器件的價格會進一步降低，在自動化領域中的應用也會越來越廣泛。