基于串行外设接口(spi)的can总线隔离扩展设计

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1、基于串行外设接口(SPI)的CAN总线隔离扩展设计

2、第1内容加载中...CAN总线具有较强的纠错能力，每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，有效地降低了数据的错误率。CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭的功能，使总线上其它节点不受影响。支持差分收发，因而适合高干扰环境。我们设计的一种CAN总线主从通信控制系统如图1所示，该控制系统采用内外两层隔离控制形式，主控台向主CAN网络发送指令和数据，通过主从通信模块与从CAN网络中的节点通信，对分系统控制单位进行数据采集和控制。此系统使CAN总线的节点数增加了n倍；CAN总线的传输速率和通信距离大幅度的提高；抗干扰能力也

3、大幅度的增强。本文讨论的是CAN总线主从通信控制系统中主从通信模块的硬件、软件设计及实现方法。主从通信模块实现了主控台和从控制单元之间CAN网络数据通信的隔离扩展，对通信数据处理、传输和CAN网络控制有一定的借鉴作用。二、硬件设计主从通信模块控制原理框图如图2所示，核心芯片是TI公司TMS320C2000系列的适合于数字控制的一种DSP。它的单个芯片内包含了10位ADC转换器、片内flash程序存储器、事件管理器、数字输入输出I/O口等。为了便于与各种外围设备进行通信，DSP还提供了一些接口：CAN接口、串行外设接口（SPI）、串行通信接口（SCI）等。其中，SPI接

4、口是工业标准的同步串行接口，是一种全双工、三线通信的系统。它允许DSP与各种外围设备以串行方式（可配置成1~16位数据同时、同步地被发送和接收）进行通信。在SPI接口中，数据的传输需要1个时钟信号和两条数据线。SPI可工作在主模式或从模式下。在主模式下，每一位数据的发送/接收需要1次时钟作用；而在从模式下，每一位数据都是在接收到时钟信号之后才发送/接收。三、SPI的工作原理1）SPI的信号说明如图2通信控制部分原理图，两片DSP芯片的SPI使用4条线直接接口：串行时钟线（SPICLK）、主片输入/从片输出数据线SPISOMI、主片输出/从片输入数据线SPISIMO和低

5、电平有效的从片选择线SPISTE。SPICLK是主片的时钟线，为MISO数据的发送和接收提供同步时钟信号。每一位数据的传输都需要1次时钟作用，因而发送或接收1个字节的数据需要1~16个时钟的作用。主片的时钟是通过主片的硬件设置的，并和从片的SPICLK相连。MISO是主片的输入/从片的输出数据线。主片的MISO应与从片的MISO相连进行高位在前的数据交换。MOSI是SPI接口的SPI主片输出/从片输入数据脚。这一引脚应当连接主片的数据输出和从片的数据输入端MOSI，进行高位在前数据的交换。SPISTE只在从方式中用于低电平选中从片，对应的主片SPISTE脚被配置为I/

6、O口作为从片的SPI片选输入脚。2）主模式发送和接收可以同时工作在主模式下。主模式的显著特征是不论是发送还是接收始终有SPICLK信号，发送操作是由向SPIDAT（或SPITXBUF）中写数据而触发的。在主模式下，时钟信号的1次作用对应一位数据的发送（M0SI）和另一位数据的接收（MISO）。如图3所示，在主片中数据从移位寄存器中自左向右发出送到从片（MOSI），同时从片中的数据自右向左发到主片（MISO），经过16位时钟周期完成1个字节的发送。输入字节保留在移位寄存器中，此时SPIINTFLAG位自动置位（如果有中断设置，则产生中断），移位寄存器的数据将被锁存到SP

7、IRXBUF中，此后对SPIRXBUF的读操作将把数据读出。3）从模式发送和接收同时工作在从模式下。从模式的显著特征是：不论是发送还是接收始终必须在SPICLK信号作用下进行，并且SPISTE信号必须有效。当SPISTE信号无效时，数据的发送无法进行并且输入的数据视为无效。这是因为输入的时钟信号是与SPICLK的逻辑与操作，而SPICLK信号是SPISTE的反转。这样当SPISTE为高时，就没有时钟信号输入。数据的发送和接收的过程见图3所示，与主模式下基本相似，只是移位寄存器的数据移出和输入方向与之相反。四、软件设计SPI通信以一帧CAN报文5个字节为一个传送单元进行

8、信息交换。主片控制着SPICLK信号可在任一时刻启动报文传送；从片在传送报文之前，通过口线向主片发送一个外部中断请求，请求成功后主片输出SPICLK信号来启动从片的报文传送。从片在SPI中断中接收主片传送来的报文；主片在外部中断中完成从片报文的接收。当主片和从片同时都有报文传送时，系统优先传送主片报文，然后再传送从片报文。1、主片发送，从片接收报文主片发送报文，从片接收报文软件流程图如图4所示。主片在向从片传送报文前禁止外部中断，也就是禁止从片发送报文。然后从CAN传送缓冲区取一帧报文放入SPI发送暂存器中，再从SPI发送暂存器中取一个字节的数据写到