Microchip MCP2518FD CAN FD 控制器中文詳細(xì)介紹

1. 概述：

Microchip MCP2518FD是一款高性能、獨立式CAN FD（Controller Area Network Flexible Data-Rate）控制器，它能夠通過SPI（Serial Peripheral Interface）接口與任何微控制器（MCU）進(jìn)行通信。這款芯片的出現(xiàn)極大地簡化了在現(xiàn)有系統(tǒng)中實現(xiàn)CAN FD協(xié)議的難度，特別是在主控MCU不原生支持CAN FD外設(shè)的情況下。MCP2518FD本身集成了CAN FD協(xié)議引擎，負(fù)責(zé)處理復(fù)雜的報文仲裁、幀格式、錯誤檢測等底層工作，從而將主控MCU從繁重的CAN FD通信任務(wù)中解放出來，讓開發(fā)者可以專注于上層應(yīng)用邏輯的開發(fā)。

2. 核心技術(shù)特點：

MCP2518FD集成了眾多先進(jìn)技術(shù)，使其在CAN FD應(yīng)用中具備顯著優(yōu)勢。

• CAN FD協(xié)議支持：

• CAN FD協(xié)議是經(jīng)典CAN的升級版本，它最大的特點是支持可變數(shù)據(jù)速率。在仲裁階段，仍保持1 Mbps的速率，以確保與傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)的兼容性；但在數(shù)據(jù)段，其速率可以大幅提升，最高可達(dá)8 Mbps。MCP2518FD完全兼容ISO11898-1:2015標(biāo)準(zhǔn)，支持CAN FD的靈活數(shù)據(jù)速率模式，使得單幀報文的數(shù)據(jù)載荷從傳統(tǒng)的8字節(jié)擴(kuò)展到最多64字節(jié)，極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

• SPI接口：

• MCP2518FD采用SPI接口與主控MCU通信，最高支持20 MHz的時鐘頻率。SPI接口具有簡單、高速、全雙工的特點，使得主控MCU能夠高效地對MCP2518FD進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)讀寫操作。通過SPI接口，MCU可以輕松地配置MCP2518FD的各種寄存器，包括波特率、過濾器、發(fā)送/接收緩沖區(qū)等，同時也能快速地讀取接收到的CAN FD報文。

• 發(fā)送/接收緩沖區(qū)：

• 為了提高通信效率，MCP2518FD內(nèi)置了多個發(fā)送和接收緩沖區(qū)。它提供了32個可配置的接收緩沖區(qū)，可以存儲不同優(yōu)先級的報文。同時，它支持多達(dá)3個發(fā)送緩沖區(qū)，可以實現(xiàn)報文的優(yōu)先級發(fā)送。這些緩沖區(qū)的設(shè)計使得MCP2518FD能夠處理高流量的CAN FD網(wǎng)絡(luò)，避免因主控MCU處理速度慢而導(dǎo)致的報文丟失。

• 靈活的過濾器和屏蔽器：

• MCP2518FD提供了強(qiáng)大的報文過濾功能。它支持多達(dá)32個可編程的過濾器和2個可編程的屏蔽器。開發(fā)者可以利用這些過濾器和屏蔽器，精確地指定MCP2518FD只接收特定CAN ID的報文，從而減輕主控MCU的負(fù)擔(dān)，只處理與應(yīng)用相關(guān)的報文。這種過濾機(jī)制對于構(gòu)建復(fù)雜、多節(jié)點的CAN FD網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。

• 工作模式：

• MCP2518FD支持多種工作模式，包括正常模式、配置模式、睡眠模式和監(jiān)聽模式等。在配置模式下，主控MCU可以對MCP2518FD進(jìn)行初始化和配置；在正常模式下，MCP2518FD正常工作，進(jìn)行報文的收發(fā)；在睡眠模式下，MCP2518FD功耗極低，可以用于低功耗應(yīng)用場景；在監(jiān)聽模式下，MCP2518FD只接收報文而不發(fā)送，常用于網(wǎng)絡(luò)分析和監(jiān)控。

3. 引腳定義與功能：

MCP2518FD采用20引腳的SSOP封裝，以下是其主要引腳的功能描述：

• VSS / VDD：

• VSS是接地引腳，VDD是電源引腳，提供2.7V至5.5V的工作電壓。

• CS：

• 芯片選擇引腳（Chip Select）。SPI通信的使能信號，低電平有效，用于選擇MCP2518FD作為SPI總線上的從機(jī)設(shè)備。

• SCK：

• SPI時鐘引腳（Serial Clock）。由主控MCU產(chǎn)生，用于同步SPI數(shù)據(jù)的傳輸。

• SDI：

• SPI數(shù)據(jù)輸入引腳（Serial Data In）。主控MCU發(fā)送到MCP2518FD的數(shù)據(jù)。

• SDO：

• SPI數(shù)據(jù)輸出引腳（Serial Data Out）。MCP2518FD發(fā)送到主控MCU的數(shù)據(jù)。

• INT：

• 中斷引腳（Interrupt）。當(dāng)有重要事件發(fā)生時，例如接收到新的報文、發(fā)送完成等，該引腳會產(chǎn)生低電平中斷信號，通知主控MCU進(jìn)行處理。

• OSCI / OSCO：

• 晶體振蕩器引腳。用于連接外部晶體或陶瓷諧振器，為MCP2518FD提供時鐘源。

• RESET：

• 復(fù)位引腳。低電平有效，用于將MCP2518FD復(fù)位到初始狀態(tài)。

• TXCAN / RXCAN：

• CAN總線發(fā)送/接收引腳。這些引腳連接到外部的CAN收發(fā)器（如MCP2562FD或MCP2551），以實現(xiàn)物理層上的CAN報文收發(fā)。

• RXB0/RXB1：

• 接收緩沖區(qū)滿中斷引腳。當(dāng)對應(yīng)的接收緩沖區(qū)滿時，會產(chǎn)生中斷信號。

4. 工作原理與寄存器配置：

MCP2518FD的工作原理可以分為幾個階段：

• 初始化階段：

• 在系統(tǒng)上電后，主控MCU首先通過SPI接口將MCP2518FD置于配置模式。在此模式下，MCU可以配置一系列寄存器，包括CAN波特率（仲裁段和數(shù)據(jù)段）、過濾器、屏蔽器、中斷使能等。

• 報文發(fā)送：

• 當(dāng)主控MCU需要發(fā)送報文時，它會將報文數(shù)據(jù)、CAN ID等信息寫入MCP2518FD的發(fā)送緩沖區(qū)寄存器。隨后，MCP2518FD會自動處理底層的CAN FD協(xié)議，在CAN總線空閑時將報文發(fā)送出去。

• 報文接收：

• MCP2518FD持續(xù)監(jiān)聽CAN總線上的報文。當(dāng)接收到報文后，它會根據(jù)配置的過濾器和屏蔽器進(jìn)行篩選。如果報文通過篩選，它會被存儲到相應(yīng)的接收緩沖區(qū)中。隨后，MCP2518FD會通過INT引腳產(chǎn)生中斷，通知主控MCU讀取報文數(shù)據(jù)。

MCP2518FD的寄存器非常多，可以分為幾大類：

• 配置寄存器：

• 用于設(shè)置CAN波特率、工作模式、時鐘源等。

• 發(fā)送寄存器：

• 用于存儲待發(fā)送的報文數(shù)據(jù)、CAN ID、DLC（數(shù)據(jù)長度代碼）等。

• 接收寄存器：

• 用于存儲接收到的報文數(shù)據(jù)、CAN ID等。

• 中斷寄存器：

• 用于標(biāo)志各種中斷事件，如報文接收完成、發(fā)送完成、錯誤發(fā)生等。

5. 應(yīng)用場景：

由于其高性能和易用性，MCP2518FD被廣泛應(yīng)用于需要CAN FD通信的各種領(lǐng)域：

• 汽車電子：

• 現(xiàn)代汽車中的ECU（Electronic Control Unit）越來越多，對通信帶寬的要求也越來越高。MCP2518FD可以用于實現(xiàn)車輛診斷系統(tǒng)、車身電子控制、車載信息娛樂系統(tǒng)等，通過CAN FD協(xié)議實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

• 工業(yè)自動化：

• 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，各種傳感器、執(zhí)行器和控制器之間需要進(jìn)行實時通信。MCP2518FD可以用于構(gòu)建高速的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)，例如機(jī)器人控制、工廠自動化生產(chǎn)線等。

• 醫(yī)療設(shè)備：

• 醫(yī)療設(shè)備對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性要求極高。MCP2518FD可以用于構(gòu)建醫(yī)療設(shè)備中的通信網(wǎng)絡(luò)，例如監(jiān)護(hù)儀、影像設(shè)備等。

• 樓宇自動化：

• 智能樓宇中的各種設(shè)備，如門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、HVAC（供暖、通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)等，需要進(jìn)行互聯(lián)互通。MCP2518FD可以提供一種可靠的通信解決方案。

6. 與CAN收發(fā)器的配合使用：

MCP2518FD本身只負(fù)責(zé)CAN FD協(xié)議的處理，它需要與一個CAN收發(fā)器配合使用才能連接到物理的CAN總線。CAN收發(fā)器的作用是實現(xiàn)MCP2518FD的邏輯電平信號與CAN總線上的差分信號之間的轉(zhuǎn)換。Microchip公司提供了與MCP2518FD配套的CAN FD收發(fā)器，如MCP2562FD，它們能夠完美配合，共同構(gòu)建完整的CAN FD通信節(jié)點。

總結(jié)：

Microchip MCP2518FD是一款功能強(qiáng)大、配置靈活的CAN FD控制器。它通過簡單的SPI接口，為任何MCU提供了實現(xiàn)CAN FD通信的能力。其豐富的特性，如高速數(shù)據(jù)傳輸、靈活的緩沖區(qū)和過濾器、多種工作模式，使其在汽車、工業(yè)、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。開發(fā)者可以利用這款芯片，輕松地將CAN FD技術(shù)集成到自己的產(chǎn)品中，從而提高通信效率和系統(tǒng)性能。