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【摘要】目前的CAN现场总线教学，由于条件限制，只有理论讲授而缺少实践的环节，在教学过程中，学生的学习积极性不高，主要原因是对某些概念理解不太透彻，也不熟悉独立CAN控制器的使用。针对上述问题，在使用CAN现场总线试验板的基础上，本文提出了具体的解决办法。经实践验证，我们所提出的方法能提高学生学习CAN现场总线的兴趣，加深学生对问题的理解，效果良好。
【关键词】CAN现场总线 学习积极性 独立CAN控制器 试验板
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0049-02
1.引言
CAN现场总线是一种多主方式的串行通信总线， 由于其采用独特的设计， 与一般的通信总线相比， 具有突出的可靠性、实时性和灵活性， 在工业控制领域中占有重要地位[1]。CAN现场总线的标准是开放的，而且其参考资料也比较齐全，学习CAN 现场总线以后，对理解和使用其它现场总线具有重大的促进意义[2]。我担任了本科自动化专业《CAN现场总线》这门课的教学任务，在教学过程中，我发现学生的学习积极性不高，参与性不强。通过与学生的交流，我发现学生对所讲授知识的某些方面难以理解，因而没有学习的兴趣和动力[3]。
2.教学中所存在的问题
通过与学生的交流，我发现学生对CAN总线通讯协议的理解还是比较到位的。比如：对CAN总线的多主机、多播、远程数据请求等概念、非破坏性优先权逐位仲裁、帧类型、错误及处理等技术标准的理解。
而学生难以掌握的内容主要集中在对SJA1000独立CAN控制器的使用上。主要包括：
（1）对报文滤波的概念理解不是很清晰。这点在SJA1000独立CAN控制器的使用上主要表现为：不知道如何根据需要设置SJA1000的验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器的值。
（2）不熟悉SJA1000独立CAN控制器TX0、TX1、RX0、RX1管脚的使用及其初始化设置。
（3）不知道SJA1000独立CAN控制器三种错误中断（即总线错误中断，错误消极中断和错误报警中断）的不同和处理方法。
（4）不清楚SJA1000独立CAN控制器的初始化过程。
3.针对问题所提出的解决方法
通过分析，上述问题出现的主要原因是受到教学条件的限制，只有理论讲授而没有实践环节，学生没有学习的兴趣，感觉所学知识比较空洞、难以理解。
针对CAN现场总线教学中出现的问题，通过与其他老师的交流和查阅资料[4]，我设计了CAN现场总线试验板[4]，如图1所示。我们可以使用一块试验板进行不同独立CAN控制器的通讯试验，也可以用多块试验板进行相同独立CAN控制器的通讯试验。
结合所设计的CAN总线试验板，我提出了相应的解决方法：
（1）针对学生对报文滤波的概念理解不清晰的问题。在加强概念细节讲授的同时，我们总结出了设置SJA1000的验收代码寄存器（ACR）和验收屏蔽寄存器（AMR）的口诀：对于该节点接收的所有数据帧和远程帧的识别码，验收代码寄存器，值相同的位写其值、不同的位随便；验收屏蔽寄存器，值相同的位写0，不同的位写1。其操作过程如图2所示，图中x表示任意值。同时，我们让学生在编好的程序中自己根据理解修改SJA1000的验收代码寄存器和验收屏蔽的值，拿几块CAN试验板进行通讯，验证其设置值的正确性。
（2）对于学生不熟悉SJA1000独立CAN控制器TX0、TX1、RX0、RX1管脚的使用及其初始化设置的问题。经分析，现在的SJA1000独立CAN控制器都与独立的CAN收发器一起使用，所以我们只使用TX0和RX0管脚用于SJA1000和独立CAN收发器之间的通讯，因而SJA1000的输出控制寄存器（OCR）一般设置为00011010B（二进制）。
（3）针对学生不知道SJA1000独立CAN控制器三种错误中断的不同和处理方法的问题。分析可知，这主要是大部分资料都是直接翻译其数据手册，解释不清晰，所以学生难以理解。我们把此问题总结如下：当CAN节点出现5种错误（位错误，填充错误，CRC校验错误，应答错误，格式错误）中的任何错误时就产生总线错误中断，其一般的处理方法是软件复位SJA1000独立CAN控制器；当SJA1000的接收错误计数（RXERR）器或发送错误计数器（TXERR）的值大于报警计数器（EWLR）的值，就产生错误报警中断，根据高级CAN通讯协议的习惯[5]，我们采取的基本处理方法是控制一个红色发光二极管以1Hz（占空比1：1）的频率闪烁。当SJA1000的接收错误计数器或发送错误计数器的值大于127时，产生错误消极中断，其处理过程一般为监测接收错误计数器或发送错误计数器的值，当值达到255时，控制闪烁的红色LED灯进入常亮状态。
（4）针对学生不清楚SJA1000独立CAN控制器的初始化过程的问题。我们总结了SJA1000的初始化步骤：①进入复位模式，②初始化命令寄存器（模式选择、波特率、输出控制），③初始化验收滤波寄存器和验收屏蔽寄存器，④初始化中断，⑤ 清空接收错误计数器、发送错误计数器和错误代码捕捉寄存器，⑥进入工作模式。同时，我们让学生在编好的程序中自己根据理解修改SJA1000的初始化程序，并在一块试验板上与已经调试成功的MCP2515现场总线模块通讯，验证其初始化过程的正确性。
4.总结
上述问题的解决方法在实践教学中应用之后，对学生解决CAN现场总线学习中所遇见的问题有很大的帮助。特别是把CAN现场总线试验板应用于教学过程后，学生的学习兴趣更加浓厚，对所遇到问题的理解更加透彻，对CAN现场总线用途的认识更为深刻。希望在以后的教学过程中不断改进，提出更好的教学方法，来激发学生的学习兴趣，增强学习效果。
参考文献：
[1]吴钦伟.工业仪表与装置智能化网络化的进展[J].自动化博览.2001，18（5）：1-6.
[2]牛跃听，周立功，方丹. CAN总线嵌入式开发：从入门到实战[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2012.52-59.
[3]唐永红，郑金吾.现场总线在实践教学中的应用[J].现代电子技术.2009（22）：170-172.
[4]陈勇，张昌华，刘群英.“现场总线技术”课程研究型教学方案的探讨[J].中国电力教育.2009，7（141）：85-87.
[5]王黎明，夏力，邵英，闫晓玲.CAN现场总线系统的设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2008.400-415.
【关键词】CAN现场总线 学习积极性 独立CAN控制器 试验板
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0049-02
1.引言
CAN现场总线是一种多主方式的串行通信总线， 由于其采用独特的设计， 与一般的通信总线相比， 具有突出的可靠性、实时性和灵活性， 在工业控制领域中占有重要地位[1]。CAN现场总线的标准是开放的，而且其参考资料也比较齐全，学习CAN 现场总线以后，对理解和使用其它现场总线具有重大的促进意义[2]。我担任了本科自动化专业《CAN现场总线》这门课的教学任务，在教学过程中，我发现学生的学习积极性不高，参与性不强。通过与学生的交流，我发现学生对所讲授知识的某些方面难以理解，因而没有学习的兴趣和动力[3]。
2.教学中所存在的问题
通过与学生的交流，我发现学生对CAN总线通讯协议的理解还是比较到位的。比如：对CAN总线的多主机、多播、远程数据请求等概念、非破坏性优先权逐位仲裁、帧类型、错误及处理等技术标准的理解。
而学生难以掌握的内容主要集中在对SJA1000独立CAN控制器的使用上。主要包括：
（1）对报文滤波的概念理解不是很清晰。这点在SJA1000独立CAN控制器的使用上主要表现为：不知道如何根据需要设置SJA1000的验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器的值。
（2）不熟悉SJA1000独立CAN控制器TX0、TX1、RX0、RX1管脚的使用及其初始化设置。
（3）不知道SJA1000独立CAN控制器三种错误中断（即总线错误中断，错误消极中断和错误报警中断）的不同和处理方法。
（4）不清楚SJA1000独立CAN控制器的初始化过程。
3.针对问题所提出的解决方法
通过分析，上述问题出现的主要原因是受到教学条件的限制，只有理论讲授而没有实践环节，学生没有学习的兴趣，感觉所学知识比较空洞、难以理解。
针对CAN现场总线教学中出现的问题，通过与其他老师的交流和查阅资料[4]，我设计了CAN现场总线试验板[4]，如图1所示。我们可以使用一块试验板进行不同独立CAN控制器的通讯试验，也可以用多块试验板进行相同独立CAN控制器的通讯试验。
结合所设计的CAN总线试验板，我提出了相应的解决方法：
（1）针对学生对报文滤波的概念理解不清晰的问题。在加强概念细节讲授的同时，我们总结出了设置SJA1000的验收代码寄存器（ACR）和验收屏蔽寄存器（AMR）的口诀：对于该节点接收的所有数据帧和远程帧的识别码，验收代码寄存器，值相同的位写其值、不同的位随便；验收屏蔽寄存器，值相同的位写0，不同的位写1。其操作过程如图2所示，图中x表示任意值。同时，我们让学生在编好的程序中自己根据理解修改SJA1000的验收代码寄存器和验收屏蔽的值，拿几块CAN试验板进行通讯，验证其设置值的正确性。
（2）对于学生不熟悉SJA1000独立CAN控制器TX0、TX1、RX0、RX1管脚的使用及其初始化设置的问题。经分析，现在的SJA1000独立CAN控制器都与独立的CAN收发器一起使用，所以我们只使用TX0和RX0管脚用于SJA1000和独立CAN收发器之间的通讯，因而SJA1000的输出控制寄存器（OCR）一般设置为00011010B（二进制）。
（3）针对学生不知道SJA1000独立CAN控制器三种错误中断的不同和处理方法的问题。分析可知，这主要是大部分资料都是直接翻译其数据手册，解释不清晰，所以学生难以理解。我们把此问题总结如下：当CAN节点出现5种错误（位错误，填充错误，CRC校验错误，应答错误，格式错误）中的任何错误时就产生总线错误中断，其一般的处理方法是软件复位SJA1000独立CAN控制器；当SJA1000的接收错误计数（RXERR）器或发送错误计数器（TXERR）的值大于报警计数器（EWLR）的值，就产生错误报警中断，根据高级CAN通讯协议的习惯[5]，我们采取的基本处理方法是控制一个红色发光二极管以1Hz（占空比1：1）的频率闪烁。当SJA1000的接收错误计数器或发送错误计数器的值大于127时，产生错误消极中断，其处理过程一般为监测接收错误计数器或发送错误计数器的值，当值达到255时，控制闪烁的红色LED灯进入常亮状态。
（4）针对学生不清楚SJA1000独立CAN控制器的初始化过程的问题。我们总结了SJA1000的初始化步骤：①进入复位模式，②初始化命令寄存器（模式选择、波特率、输出控制），③初始化验收滤波寄存器和验收屏蔽寄存器，④初始化中断，⑤ 清空接收错误计数器、发送错误计数器和错误代码捕捉寄存器，⑥进入工作模式。同时，我们让学生在编好的程序中自己根据理解修改SJA1000的初始化程序，并在一块试验板上与已经调试成功的MCP2515现场总线模块通讯，验证其初始化过程的正确性。
4.总结
上述问题的解决方法在实践教学中应用之后，对学生解决CAN现场总线学习中所遇见的问题有很大的帮助。特别是把CAN现场总线试验板应用于教学过程后，学生的学习兴趣更加浓厚，对所遇到问题的理解更加透彻，对CAN现场总线用途的认识更为深刻。希望在以后的教学过程中不断改进，提出更好的教学方法，来激发学生的学习兴趣，增强学习效果。
参考文献：
[1]吴钦伟.工业仪表与装置智能化网络化的进展[J].自动化博览.2001，18（5）：1-6.
[2]牛跃听，周立功，方丹. CAN总线嵌入式开发：从入门到实战[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2012.52-59.
[3]唐永红，郑金吾.现场总线在实践教学中的应用[J].现代电子技术.2009（22）：170-172.
[4]陈勇，张昌华，刘群英.“现场总线技术”课程研究型教学方案的探讨[J].中国电力教育.2009，7（141）：85-87.
[5]王黎明，夏力，邵英，闫晓玲.CAN现场总线系统的设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2008.400-415.