Vývojový kit rozhraní CAN

Semestrální projekt

Ivan Douša

2004 - 2005

Zadání

Cílem projektu je navrhnout a realizovat jednoduchý kit pro vývoj přístrojů s rozhraním CAN (obvod SJA1000, TJA 1054, PCA80C250). Kit bude připojitelný k existujícím vývojovým modulům s procesorem 80C517. Funkčnost kitu bude demonstrována implementací jednoduchého inteligentního senzoru dle vlastní volby.

Vedoucí projektu: Ing. Jiří Novák

Protokol CAN:

• Sériový komunikační protokol vyvinutý firmou Bosch pro nasazení v automobilech.

• Umožňuje distribuované řízení v reálném čase.

• Protokol typu multi-master

• Velká přenosová rychlost, až 1Mbit/s

• Vysoká spolehlivost přenosu

• Komunikace pomocí zpráv – datová, žádost o data, chybová, o přetížení

• Zprávy neobsahují adresu příjemce, ale informaci o svém významu

• Používá sběrnici s náhodným přístupem

• Řízení přístupu k médiu CDMA/CR

• Přenosové médium nedefinováno – požadavek vlastnosti logického součinu

• Standard definuje 2 úrovně (dominant, recessive), jejich realizace závisí na konkrétní realizaci fyzické vrstvy

• Nejčastěji se používá diferenciální sběrnice dle ISO 11898

Řadič SJA 1000Základní vlastnosti:• Vývodově i elektricky kompatibilní s PCA82C200 • Universální rozhraní umožňuje připojení k většině mikroprocesorů a mikrokontrolerů• Nastavitelné parametry výstupních budičů - možnost připojení

k jakékoliv realizaci fyzické vrstvy protokolu CAN• Rozšířená paměť zpráv (64-byte FIFO) - uložení více než 21 přijatých zpráv• Přenosová rychlost až 1Mbit/s• Taktovací frekvence až 24Mhz - rychlá komunikace s procesorem a mnoho možností časování.• Podpora specifikace CAN 2.0B• Dva režimy činnosti – BasicCAN a PeliCAN mode

Novinky režimu PeliCAN:- 11b i 29b identifikátoru zpráv- 1 či 2 filtry zpráv

- propracovaný systém detekce a diagnostiky chyb- možnosti testování vlastního řadiče či celého systému

Obvod PCA 80C250

High speed budič sběrnice CAN. Tvoří rozhraní mezi řadičem a přenosovým médiem. Převádí logické úrovně výstupu řadiče na úrovně, které používá fyzická vrstva CAN a umožňuje tak připojí k diferenciální sběrnici.Obvod je navržen pro vysokorychlostní aplikace do 1Mbit/s a je plně kompatibilní s ISO 11898.

Základní vlastnosti:• Plně kompatibilní se standardem ISO 11898 • Vysokorychlostní komunikace do 1 Mbit/s• Možnost řízení strmosti hran - slope control• Tepelná ochrana• Zratuvzdorný při zkratu na zem či napájecí napětí• Podpora režimů nízké spotřeby• Možnost připojení dalších až 110 uzlů.

Obvod TJA 1054

Základní vlastnosti:

• Optimalizován pro komunikaci v automobilech do 125KBit/s• Velmi malé elektromagnetické vyzařování• Dobrá elektromagnetická odolnost - integrované filtry přijímače• Propracovaný systém diagnostiky a detekce chyb sběrnice• Podporuje režim vysílání po jednom vodiči sběrnice• Vývody CANL a CANH odolné zkratu k napětí GND či VCC• Tepelná ochrana• Podpora režimů s nízkou spotřebou

Low speed budič sběrnice CAN. Tvoří rozhraní mezi řadičem a přenosovým médiem. Převádí logické úrovně výstupů řadiče na úrovně, které používá fyzická vrstva CAN a umožňuje tak připojení k diferenciální sběrnici dle ISO 11898.

Modul s procesorem SAB 80C537

1. Mikroprocesor SAB80C537: Vysoce výkonný 8b jednočipový procesor technologie CMOS kompatibilní s rodinou procesorů řady 51. Velké množství integrovaných periferních zařízení, vylepšená aritmeticko-logická jednotka.

Základní vlastnosti:• taktovací kmitočet 12 MHz nebo 16 MHz • 256B interní paměti RAM • vylepšená 51 architektura• 4 šestnáctibitové čítače/časovače• 8 ukazatelů pro vnější paměti• 14 vektorů přerušení, 4 priority• 8b A/D převodník s 12 multiplexovanými vstupy a programovatelným referenčním napětím.• 2 obousměrné sériové kanály• 9 portů,56 vstupně-výstupních linek• vylepšená ALU umožňuje rychlé 32-bit dělení a 16-bit násobení.

U5

74HCT164DIP.100/14/W.300/L.750

12

8

9

345610111213

AB

CLK

CLR

Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7

AIN

5

J4

HEADER 25x250CN100

123456789

1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

A14

AD0

PSEN

P4.5

P3.6

DISPP

C14100n

SM/C_0805

R7 3k3

SM/R_0805

AD6

AD4

P6.3

P5.6

A1

ALE

R2 22R

SM/R_0805

2/2001 2.0

537 Breadboard v.2

B

1 1Monday, December 15, 2003

J. Novák

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

GND

AD7

P4.0

U4

74ALS573DIP.100/20/W.300/L1.050

23456789

111

1918171615141312

D0D1D2D3D4D5D6D7

LEOE

Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7

+

C1110M

CYL/D.225/LS.100/.031

P1.7

P5.6 A7

R13 470SM/R_0805

A8

A4

P3.2

P5.1

A0

A5

AIN8

U6A 74HCT132DIP.100/14/W.300/L.750

1

23

A13

PSEN

P1.5

AIN3

A11

AD5

P5.3

A2

AD1

P6.0PCS*

VCC

AD6

AD3

P1.0

A13

P5.5

R3 1k

SM/R_0805

Agnd

AIN11

ALE

P3.1

P3.7

P3.0

+C3 4M7CYL/D.225/LS.100/.031

SW5

SW PUSHBUTTON-SPST/SM

PB1720

A12

P5.0

P5.2

J2

CONN PWR 2-J2POW200

12

VCC

RRD*

AD1

P3.5

AD7

R5 3k3

SM/R_0805

VCC

SB

AD3

P6.4

+

C4

470M

CYL/D.400/LS.200/.034

C6

100nSM/C_0805

AD2

A12

P6.5

PSEN

AD4

VCC

VCC

P4.4

P4.1

A6

P5.4

A8

U3

27C512 (27C64)DIP.100/28/W.600/L1.500

109876543

25242123

226

2022

27

28

1

1112131516171819

A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13

CEOE/VPP

A14

VCC

A15

O0O1O2O3O4O5O6O7

A3

A5

GND

P3.5

RXD

AIN

0

AIN4

A9

A1

P4.6

C5

100nSM/C_0805

R15 470SM/R_0805

U8B 74HCT00DIP.100/14/W.300/L.750

4

56

U7

LM78S05CTO220AA/RF1

1 3IN OUT

P1.1

ALEGND

P1.0

AD7

AD4

P1.1

A12

A6

U2

62256DIP.100/28/W.600/L1.500

109876543

25242123

226

1

20

2227

1112131516171819

28

A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14

CE

OEWE

D0D1D2D3D4D5D6D7

VCC

A4

A0

P5.2

GND

A15

C13100n

SM/C_0805

R18 0R

SM/R_0805

A8

P4.7

J1

CONN PWR 2-J2POW200

12

VCC

TXD

P6.0

P1.6

A10A9

A11

P5.3

P3.6

AD2

JP2

JUMPER24JP100

1234

C16100n

SM/C_0805

P3.4

+

C1010M

CYL/D.225/LS.100/.031

R10 470SM/R_0805

VCC

AD2

P5.4

R16 470SM/R_0805

P1.4

AIN10

AD5

P4.2

AIN0

VCC

RCS*

A7

P5.0

P5.5

AD7

A2

A6

P1.5

GND

R11k

SM/R_0805

A10

AD0

AIN5

P3.0

A0

P6.5

A13

P4.5

P3.6

U8C 74HCT00DIP.100/14/W.300/L.750

9

108

SB

AD5

P1.2

C1 33pSM/C_0805

RCS*

A11

A5

A5

A1

RRD*

P6.6

AIN

2

TXD

GND

P3.3

P1.2

U6D 74HCT132DIP.100/14/W.300/L.750

12

1311

AD0

RXD

VCCP4.3

P6.1

P4.7

AD3

P1.3

DISPP

C19100n

SM/C_0805

R14 470SM/R_0805

P5.7

P6.1

P3.3

A14

AD1

P5.3

SW1

SW PUSHBUTTON-SPST/SM

PB1720

AD6SW4

SW PUSHBUTTON-SPST/SM

PB1720

A8

AIN9

C17100n

SM/C_0805

A3

P4.6

P4.3P1.7

R12 470SM/R_0805

P6.4

P5.0

AD6

AD1

A11

AIN11

A2

AIN6

SW2

SW PUSHBUTTON-SPST/SM

PB1720

C15100n

SM/C_0805

P3.7

P5.7

P6.6

ArefRESET*

P1.6

AD0

VCC

JP1

JUMPER24JP100

1234

R8 3k3

SM/R_0805

A6

A2

P1.3

AIN1

P5.5

A10

A4

U6C 74HCT132DIP.100/14/W.300/L.750

9

108

A7

RO*

+C8 10MCYL/D.225/LS.100/.031

A9

P3.1

AD4

AD1

P6.2

Agnd

DISPP

R11 470SM/R_0805

VCC

AIN

4

P4.0

AIN

6

A15

AIN9

J5

HEADER 2x1326CN100

123456789

1011121314151617181920212223242526

VCC

AD6P3

.4

P5.4

P3.2

Y1

11,0598MHzHC18UV

AD0

P5.2

AD7

- +

D4

DIODE BRIDGE_4213

BRIDGE

1

4

3

2

A1

A4

RESET*

P4.4

P3.7

+

C7

100M

CYL/D.225/LS.100/.031

A13

P4.1

P6.2

AD5

AB

CD

E

FG

O1

HD-A342RDHDA4xx

3

12

45 6

78910

AN1

GF

ED DP

CAN2

BA

AD2

AD4

R6 3k3

SM/R_0805

PSEN

GND

AIN7

AIN10

P5.6

P6.7

AIN

3

A15

P5.7

U8A 74HCT00DIP.100/14/W.300/L.750

1

23

P6.7

+C9 10MCYL/D.225/LS.100/.031

A7

A3

PCS*

AIN8

P1.4

AIN2

U1

SAB80C517

PLCC84/TMS/1.475 12

43

567891011

1220 19 18 17 16 15 14 13212223242526272829303132

333435363738394041424344454647484950515253

54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

75767778798081828384P4.0/CM0

P4.1/CM1

PE/SWDP4.2/CM2

P4.3/CM3P4.4/CM4P4.5/CM5P4.6/CM6P4.7/CM7

RESETVaref

Vagn

d

P7.0

/AIN

0P7

.1/A

IN1

P7.2

/AIN

2P7

.3/A

IN3

P7.4

/AIN

4P7

.5/A

IN5

P7.6

/AIN

6P7

.7/A

IN7

P3.0

/RxD

0P3

.1/T

xD0

P3.2

/INT0

P3.3

/INT1

P3.4

/T0

P3.5

/T1

P3.6

/WR

P3.4

/RD

P1.7

/T2

P1.6

/CLK

OU

TP1

.5/T

2EX

P1.4

/INT2

/CC

4

P1.3/INT6/CC3P1.2/INT5/CC2P1.1/INT4/CC1P1.0/INT3/CC0VssVddXTAL2XTAL1P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15PSENALEEAP0.0/AD0P0.1/AD1

P0.2

/AD

2P0

.3/A

D3

P0.4

/AD

4P0

.5/A

D5

P0.6

/AD

6P0

.7/A

D7

HW

PDP5

.7/C

CM

7P5

.6/C

CM

6P5

.5/C

CM

5P5

.4/C

CM

4P5

.3/C

CM

3P5

.2/C

CM

2P5

.1/C

CM

1P5

.0/C

CM

0O

WE

P6.0

/AD

STP6

.1/R

xD1

P6.2

/TxD

1P6

.3P6

.4

P6.5P6.6P6.7

P8.0/AIN8P8.1/AIN9

P8.2/AIN10P8.3/AIN11

ROVssVdd

OW

E

AD3

A3

C12100n

SM/C_0805 U9

ADM232ADIP.100/16/W.300/L.825

129

138

1110

134526

147

RC1OUTRC2OUT

RC1INRC2IN

TR1INTR2IN

C1+C1-C2+C2-V+V-

TR1OUTTR2OUT

VCC

A10

A12

P5.1

VCC

AIN

7

PSEN

C18100n

SM/C_0805

AD5

AD2

P6.3

Aref

R17 3k3

SM/R_0805AI

N1

A14

P4.2

A14

P3.1

R9 470SM/R_0805

SW3

SW PUSHBUTTON-SPST/SM

PB1720

AD3

A0

P3.0

P5.1

C2 33pSM/C_0805

VCCA9

JP3

JUMPER12JP100

12

P1

CONNECTOR DB9DSUB/RS.318/TM/9

594837261

Napájecí zdroj +5V, paměti EPROM a RWM

Sériový kanál,sedmi-segmentový LED displej, tlačítka

Popis zapojení modulu rozhraní CAN:

• Základem universální řadič CAN SJA1000

• Volitelný budič fyzické vrstvy CAN TJA1054 nebo PCA80C250

• Volba budičů řešena programovacími propojkami

• K modulu s procesorem připojen kabelem na konektory JP1 a JP3

• Napájen ze zdroje modulu s procesorem

• Možnost využít prakticky všechny funkce budičů a řadiče CAN.

• Vlastní zdroj taktovacího kmitočtu 16MHz

• Obvod SJA 1000 mapován v paměti XDATA ( 0xC000h – 0xFFFFh)

• Využití zdroje přerušení EX procesoru.

P1.3

AIN7

P4.7

AIN5

R2 4k7SM/R_0805

A14A12

+5V

P4.3

AIN1

P3.7

A13

A6

Agnd

Cout

P3.5

P3.0

P4.3

AD5

AD0

P5.2

P4.2

AIN2

AD5

P6.4

A3

P3.0

A10

P3.6

P5.0

P1.7

A2A1

P3.2

TJA1054

U5

TJA1054

1

23

4

567

8

9

10

1112

13

14

INH

TXDRXD

/ERR

/STBEN/WAKE

RTH

RTL

Vcc

CANHCANL

GND

BAT

Y1

16MHz

HC18UV

J4RXD

J5

RXD1 +5V

A4

P5.5

P1.5

AD4

Aref

C1100n

SM/C_0805

J8

CLOCK OUT

P6.1

AIN6

P1.2

ALE

A15

P6.5

J7

CANH1

P3.3

AIN6

C4 15p

SM/C_0805

U3

12345

AIN4

JP4

HEADER 13X226CN100

1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 26

P6.7

Aref

P6.2

CANL

P1.1

P1.7

J2 CANL

P5.7

P6.1

AD3

R4 4,7k

SM/R_0805

R5 1kSM/R_0805

AD4

AIN4

P3.1

U2

SJA1000DIP.100/28/W.400/L1.450

12

34

56

7

8

910

11

12

1314

15

16

17

18

1920

21

22

232425262728

AD6AD7

ALE/CS

/RD/RW

CLK OUT

Vss1

XTAL1XTAL2

MODE

Vdd3

TXOTX1

Vss3

/INT

/RST

Vdd2

RX0RX1

Vss2

Vdd1

AD0AD1AD2AD3AD4AD5

P4.6

P5.1

+5V

P5.6

P4.5

"0" na pinu EN a /STB- Sleep mode

AD0

A3

P5.4

A0

C2 100nSM/C_0805

P3.2

CANL

P3.4

AIN7

P6.2

P5.6

P4.5

A14P1

CON9DSUB/RS.318/TM/9

123456789

R6 1kSM/R_0805

AD7

A0

AIN3

A5

AD7

P4.1

P3.6

CANL

AIN2

P1.6

A11

AD6

R7 470

SM/R_0805

AD2

P6.3

P4.0

P4.7

A15

P6.3

P3.1

P1.3P1.1

A14

A4

AD7

P3.7

P4.3

A8

CANH

AD0 AD1

+5V

CANH

P1.0

CANH

AD3

P3.7P3.5

JP3

HEADER 13X226CN100

1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 26

+5V

A7

A11

A1

P1.2

P4.4

P5.3

AD2

AD5

P6.5

+5V

AD6

P1.6

R1 4k7

SM/R_0805

P5.1P5.2

P6.7

"1" na pinu EN a /STB - normal mode

P4.1

P3.3

PSEN PSEN

P6.6

P5.7

P6.0

A6

P1.4

J6CANL1

D1

LED

P5.5

A7A5

ALE

P5.4

GND

<Doc> <RevCode>

<Title>

A4

1 1Saturday, December 18, 2004

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

AIN5

AIN0AIN3

AD4

P4.0P4.1

A10

P6.4

PCA82C250

U1

PCA80C250

1 3

2

4

5 6

7

8

TXD Vcc

GND

RXD

Vref CANL

CANH

Rs

AD1

P2

ARK120/22POW200

12

P4.4

A12

P1.0

JP1

HEADER 25X250CN100

1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 4041 4243 4445 4647 4849 50

+5V

P4.0

A15

P5.0

AD6

P4.2

Intel mode

P3.6

AD1

P6.6

P4.4P4.2

A2

P3.4

ALE

AIN1

J3

EN

A8

Agnd

GND

&U4A

7400

12 3

JP2

HEADER 25X250CN100

1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 4041 4243 4445 4647 4849 50

P4.5

J1 CANH

C3 15pSM/C_0805

A9

P5.3

P3.2

A9

+5V

AD2

AIN0

P4.6

A13

P1.4 P1.5

AD3

P6.0

R3 120SM/R_0805

R7 470

SM/R_0805

Y1

16MHz

HC18UV

+5V

C2 100nSM/C_0805&

U4A

7400

12 3

Cout

+5V

AD6

P3.2

R2 4k7SM/R_0805

AD1

J8

CLOCK OUT

R1 4k7

SM/R_0805

D1

LED

+5V

A14

Intel mode

AD0

R4 4,7k

SM/R_0805

+5V

P2

ARK120/22POW200

12

+5V

PCA80C250AD3

J4 RXD

AD5

ALE

J5

RXD1

TJA1054

C3 15pSM/C_0805

C4 15p

SM/C_0805

P4.0

U2

SJA1000DIP.100/28/W.400/L1.450

12

34

56

7

8

910

11

12

1314

15

16

17

18

1920

21

22

232425262728

AD6AD7

ALE/CS

/RD/RW

CLK OUT

Vss1

XTAL1XTAL2

MODE

Vdd3

TXOTX1

Vss3

/INT

/RST

Vdd2

RX0RX1

Vss2

Vdd1

AD0AD1AD2AD3AD4AD5

P3.7

TJA1054 aPCA80C250

AD2

P3.6

AD4

A15

AD7

Zapojeni SJA1000

R3 120SM/R_0805

TX0

J3

EN

J1 CANH

C1100n

SM/C_0805

PCA82C250

U1

PCA80C250

1 3

2

4

5 6

7

8

TXD Vcc

GND

RXD

Vref CANL

CANH

Rs

+5V

RX0CANLJ4

J2 CANL

SJA1000

CANH

Zapojení PCA80C250

J5

P4.3R6 1k

SM/R_0805

GND

+5V

"0" na pinu EN a /STB- Sleep mode

J4

P4.1

"1" na pinu EN a /STB - normal mode

P4.5

RX0P4.4 J6

CANL1R5 1k

SM/R_0805

TX0

J7

CANH1

SJA1000

P4.2

+5VU3

12345

CANH

TJA1054

U5

TJA1054

1

23

4

567

8

9

10

1112

13

14

INH

TXDRXD

/ERR

/STBEN/WAKE

RTH

RTL

Vcc

CANHCANL

GND

BAT

CANL

Zapojení TJA1054

Plošný spoj:

• Dvouvrstvý s rozlévanou mědí ve spodní vrstvě

• Třída přesnosti 4 – izolační vzdálenosti, šířka spoje min. 12 milů

• Součástky velikosti SMD – zmenšení plochy desky plošného spoje a zvýšení mechanické odolnosti.

• Řadič SJA1000 výměně usazen v patici-

• Možnost umístění do nepájivého pole.

• Součástky rozmístěny s ohledem dobrou obvodovou návaznost a co nejkratší délku propojovacích cest.

• Ponechán dostatek místa pro snadný přístup při osazování a pájení.

• Snadný přistup k programovacím propojkám.

• Odděleny jumpery s různou funkcí.

Pohled ze strany součástek

Spodní strana desky

Osazovací výkres

Testovací program

Základní funkce programu je následující:

• Po inicializaci sériové linky a rozhraní CAN je po obou vyslána úvodní zpráva pro ověření jejich funkčnosti.

• Dále program čte stavy tlačítek na desce s procesorem a na sedmi- segmentovém LED displeji zobrazuje hexadecimální číslici odpovídající stisknutému tlačítku nebo kombinaci tlačítek.

• Každá změna tlačítka - sepnutí či rozepnutí - je rozpoznána. Po sběrnici CAN a sériové lince je okamžitě vyslána zpráva o nové kombinaci stisknutých tlačítek ve formě ASCI číslice. Zákmity tlačítek jsou ošetřeny.

• Každá zpráva přijatá sběrnicí CAN je dekódována a přeposlána na sériovou linku. V případě, že je prvním bytem zprávy ASCI číslice či znak a...f jsou zobrazeny na sedmi-segmentovém LED displeji.

Start

Inicializace SJA1000

Inicializaceseriové

komunikace

Vyslání úvodní zprávy

tl_old != tl_new

Pošli stav tlačítek po CAN

Pošli stav tlačítek po sériové lince

Zobraz stav tlačítek na

segmentovce

Přijata zpráva po CAN?

Pošli ji na sériovou linku

Je to ASCI číslice?

Zobraz ji na segmentovce

ano

ano

ano

ne

ne

ne

Čti stav tlačítek

Vytvořena skupina funkcí pro komunikaci po CAN, sériové lince a práci s tlačítky a sedmi-segmentovým displejem.

• void inicializace_UART(void) • void inicializace_SJA1000(void) • bit csend(const char* text) • bit ssend(const char* text) • char* creceive(char text[])• unsigned char cti_tlacitka(void) • void zobraz(const unsigned char cislo)

Závěr

•Výsledkem práce je modul rozhraní CAN jednoduše připojitelný k současnému přípravku s procesorem SAB80C537 a umožňující testování a vývoj aplikací využívající protokol CAN.

• Modul umožňuje využít prakticky veškerých možností použitého řadiče a budičů sběrnice .

•Vzhledem k instalaci v nepájivém poli je testování nových aplikací velmi jednoduché a rychlé bez nutnosti tvorby plošného spoje a jeho osazování.

• Přípravek je vhodný pro využití v jednoduchých měřících systémech, při konstrukci inteligentních senzorů a díky použití řadiče SJA1000 i k testování a diagnostice systémů s CAN.

• Až čas a několikanásobné využití vytvořeného modulu v různých aplikacích ukáže, nakolik byla zvolená koncepce vhodná a kde jsou jeho silné a slabé stránky.