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C8051F040中CAN控制器的應用
摘要：介紹C8051F040單片機內(nèi)部CAN控制器的應用。詳細敘述此控制器的構(gòu)成及其訪問方式，指出在使用時是如何配置控制器的相關控制寄存器，并且給出CAN控制器在應用中的物理層硬件電路和應用層軟件設計。單片機與CAN總線連接的傳統(tǒng)方式是將CPU與總線控制器和總線收發(fā)器相連后再接入總線網(wǎng)絡，這樣使CPU外圍電路復雜化，整個系統(tǒng)受外部影響較大。為了解決這一問題，很多單片機廠商紛紛將CAN控制器集成在單片機芯片上。目前，單片機內(nèi)部集成的CAN控制器有Motorola公司的MC68HC912DG128A、Philips公司的P87C591、Atmel公司的AT89C51CC01和AT89C51CC02、Intel公司的TN87C196CA和TN87C196CB以及Cygnal公司的C8051F040等。
不同單片機內(nèi)部CAN控制器的使用方法有所不同，但存在著很多相似之處。這里以C8051F040為列詳細介紹其內(nèi)部CAN控制器的使用方法，希望通過這篇文章能給初學帶來方便，并能和廣大的單片機愛好者就這一問題做進一步的討論。
1 C8051F040 CAN控制器構(gòu)成及訪問方式
C8051F040單片機是美國Cygnal公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯SoC(System on Chip)，具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內(nèi)核。它在一塊芯片上集成了構(gòu)成一個單片機數(shù)據(jù)采樣或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設及其它功能部件。它具有64KB Flash、4352B RAM、CAN控制器2.0、2個串行接口、5個16位定時器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、8位A/D轉(zhuǎn)換器及12位D/A轉(zhuǎn)換器等，它內(nèi)部還帶有JTAG接口，使調(diào)試變得非常方便。
C8051F040內(nèi)部集成的CAN控制器為Bosch CAN控制器。此CAN控制器有以下幾部分構(gòu)成：CAN內(nèi)核、報文RAM（與C8051 RAM相互獨立）、報文處理狀態(tài)機制和CAN控制寄存器。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
在CAN控制器里只有三個寄存器可通過CIP-51中的特殊功能寄存器直接訪問，其它的寄存器只能通過CAN0ADR、CAN0DATH和CAN0DATL寄存器以地址索引的方式間接訪問。在使用CAN控制器時，重點和難點是對CAN控制器的寄存器的使用，其內(nèi)部寄存器的分類及其主要功能如下：
（1）CAN控制器協(xié)議寄存器
該協(xié)議寄存器是用來配置CAN控制器，處理各種中斷，監(jiān)控總線狀態(tài)以及置控制器為測試模式。CAN控制器協(xié)議寄存器可使用C8051 MCU特殊功能寄存器通過索引方式間接訪問，其中有些還可以很方便的通過C8051內(nèi)部特殊功能寄存器直接尋址來訪問。這部分的寄存器有：CAN控制寄存器（CAN0CN）、CAN狀態(tài)寄存器（CAN0STA）、CAN測試寄存器（CANTST）、錯誤計數(shù)寄存器、位定時寄存器和波特率預比列因子擴展寄存器。其中，CAN0CN、CAN0STA和CANTST可通過C8051 MCU特殊功能寄存器直接訪問，其它的只能通過間接訪問。
（2）報文對象接口寄存器
CAN控制器中有兩組報文對象接口寄存器，它們用來配置報文RAM中32個報文對象是用來向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)，還是從CAN總線接收數(shù)據(jù)。當其中的一組被設置為向報文RAM中寫數(shù)據(jù)，另一組則從報文RAM中讀取數(shù)據(jù)。利用此接口寄存器可以避免CPU訪問報文RAM與CAN報文接收和發(fā)送緩沖轉(zhuǎn)移之間的沖突。所有的報文對象都存儲在報文RAM里面，通過報文對象寄存器對其進行訪問和配置，這些寄存器要通過C8051的CAN0ADR和CAN0DAT寄存器，使用間接索引地址方式來訪問。這部分寄存器有：IFX命令請求寄存器、IFX命令屏蔽寄存器、IFX屏蔽寄存器1、IFX屏蔽寄存器2、IFX仲裁寄存器1、IFX仲裁寄存器2、IFX報文控制寄存器、IFX數(shù)據(jù)寄存器A1、IFX數(shù)據(jù)寄存器A2、IFX數(shù)據(jù)寄存器B1和IFX數(shù)據(jù)寄存器B2。
（3）報文處理寄存器
所有的報文處理寄存器都是只讀寄存器。通過讀取它們的值可以實時地判斷相應報文對象的狀態(tài)，從而使CAN控制器能正確運行。它們的標識位由CAN0ADR、CAN0DATH和CAN0DATL通過索引方式間接來訪問。報文處理寄存器提供中斷、錯誤、發(fā)送/接收請求和新數(shù)據(jù)信息。這部分的寄存器包括：中斷寄存器、發(fā)送請求寄存器、新數(shù)據(jù)寄存器、中斷隊列寄存器和報文有效寄存器。
那么，通過CAN0ADR、CAN0DATH和CAN0DATL寄存器以索引方式間接訪問CAN控制器中寄存器的過程會怎樣呢？因為每個CAN控制器寄存器都有一個索引號，如果要訪問某一CAN控制寄存器，只需將此寄存器的索引號寫入CAN0ADR寄存器，而數(shù)據(jù)讀/寫操作通過CAN0DATH和CAN0DATL來完成。例如：如果需要對位定時寄存器重新配置時，只需向CAN0ADR寄存器中寫入0X03，將新配置的數(shù)據(jù)的低字節(jié)寫入CAN0DATL中，高字節(jié)寫入CAN0DATH中。
2 CAN控制器應用時寄存器配置
下面就CAN控制器在應用時，根據(jù)所要完成功能的不同而需要做的不同配置做具體描述。這包括報文對象初始化處理、發(fā)送對象配置、接收對象配置、中斷處理配置；另外，還有發(fā)送對象的更新、位定時寄存器等配置。
2.1 報文對象初始化處理
報文RAM中的報文對象（除MsgVal、NewDat、IntPnd和TxRqst）配置不受芯片復位的影響。所有的報文對象在使用前必須由CPU來初始化為零或者被設置為無效。報文對象的配置是通過相應的接口寄存器來設置其屏蔽碼、仲裁場、控制場和數(shù)據(jù)場值，而這一設置過程由相應的IFX命令請求寄存器來完成。
當CAN控制寄存器中的Init位置零，CAN內(nèi)核中的CAN協(xié)議控制器狀態(tài)機制和報文處理狀態(tài)機制將控制C_CAN的內(nèi)部數(shù)據(jù)流。接收到的報文通過接收濾波后都存放在報文RAM中，而得到傳輸請求的報文都要移入CAN內(nèi)核的移位寄存器中并通過CAN總線傳出。
2.2 發(fā)送對象的配置
當報文對象作為發(fā)送對象時，仲裁寄存器（ID28-0和
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