Microchip MCP2518FD CAN FD 控制器中文详细介绍

1. 概述：

Microchip MCP2518FD是一款高性能、独立式CAN FD（Controller Area Network Flexible Data-Rate）控制器，它能够通过SPI（Serial Peripheral Interface）接口与任何微控制器（MCU）进行通信。这款芯片的出现极大地简化了在现有系统中实现CAN FD协议的难度，特别是在主控MCU不原生支持CAN FD外设的情况下。MCP2518FD本身集成了CAN FD协议引擎，负责处理复杂的报文仲裁、帧格式、错误检测等底层工作，从而将主控MCU从繁重的CAN FD通信任务中解放出来，让开发者可以专注于上层应用逻辑的开发。

2. 核心技术特点：

MCP2518FD集成了众多先进技术，使其在CAN FD应用中具备显著优势。

• CAN FD协议支持：

• CAN FD协议是经典CAN的升级版本，它最大的特点是支持可变数据速率。在仲裁阶段，仍保持1 Mbps的速率，以确保与传统CAN网络的兼容性；但在数据段，其速率可以大幅提升，最高可达8 Mbps。MCP2518FD完全兼容ISO11898-1:2015标准，支持CAN FD的灵活数据速率模式，使得单帧报文的数据载荷从传统的8字节扩展到最多64字节，极大地提高了数据传输效率。

• SPI接口：

• MCP2518FD采用SPI接口与主控MCU通信，最高支持20 MHz的时钟频率。SPI接口具有简单、高速、全双工的特点，使得主控MCU能够高效地对MCP2518FD进行配置和数据读写操作。通过SPI接口，MCU可以轻松地配置MCP2518FD的各种寄存器，包括波特率、过滤器、发送/接收缓冲区等，同时也能快速地读取接收到的CAN FD报文。

• 发送/接收缓冲区：

• 为了提高通信效率，MCP2518FD内置了多个发送和接收缓冲区。它提供了32个可配置的接收缓冲区，可以存储不同优先级的报文。同时，它支持多达3个发送缓冲区，可以实现报文的优先级发送。这些缓冲区的设计使得MCP2518FD能够处理高流量的CAN FD网络，避免因主控MCU处理速度慢而导致的报文丢失。

• 灵活的过滤器和屏蔽器：

• MCP2518FD提供了强大的报文过滤功能。它支持多达32个可编程的过滤器和2个可编程的屏蔽器。开发者可以利用这些过滤器和屏蔽器，精确地指定MCP2518FD只接收特定CAN ID的报文，从而减轻主控MCU的负担，只处理与应用相关的报文。这种过滤机制对于构建复杂、多节点的CAN FD网络至关重要。

• 工作模式：

• MCP2518FD支持多种工作模式，包括正常模式、配置模式、睡眠模式和监听模式等。在配置模式下，主控MCU可以对MCP2518FD进行初始化和配置；在正常模式下，MCP2518FD正常工作，进行报文的收发；在睡眠模式下，MCP2518FD功耗极低，可以用于低功耗应用场景；在监听模式下，MCP2518FD只接收报文而不发送，常用于网络分析和监控。

3. 引脚定义与功能：

MCP2518FD采用20引脚的SSOP封装，以下是其主要引脚的功能描述：

• VSS / VDD：

• VSS是接地引脚，VDD是电源引脚，提供2.7V至5.5V的工作电压。

• CS：

• 芯片选择引脚（Chip Select）。SPI通信的使能信号，低电平有效，用于选择MCP2518FD作为SPI总线上的从机设备。

• SCK：

• SPI时钟引脚（Serial Clock）。由主控MCU产生，用于同步SPI数据的传输。

• SDI：

• SPI数据输入引脚（Serial Data In）。主控MCU发送到MCP2518FD的数据。

• SDO：

• SPI数据输出引脚（Serial Data Out）。MCP2518FD发送到主控MCU的数据。

• INT：

• 中断引脚（Interrupt）。当有重要事件发生时，例如接收到新的报文、发送完成等，该引脚会产生低电平中断信号，通知主控MCU进行处理。

• OSCI / OSCO：

• 晶体振荡器引脚。用于连接外部晶体或陶瓷谐振器，为MCP2518FD提供时钟源。

• RESET：

• 复位引脚。低电平有效，用于将MCP2518FD复位到初始状态。

• TXCAN / RXCAN：

• CAN总线发送/接收引脚。这些引脚连接到外部的CAN收发器（如MCP2562FD或MCP2551），以实现物理层上的CAN报文收发。

• RXB0/RXB1：

• 接收缓冲区满中断引脚。当对应的接收缓冲区满时，会产生中断信号。

4. 工作原理与寄存器配置：

MCP2518FD的工作原理可以分为几个阶段：

• 初始化阶段：

• 在系统上电后，主控MCU首先通过SPI接口将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（仲裁段和数据段）、过滤器、屏蔽器、中断使能等。

• 报文发送：

• 当主控MCU需要发送报文时，它会将报文数据、CAN ID等信息写入MCP2518FD的发送缓冲区寄存器。随后，MCP2518FD会自动处理底层的CAN FD协议，在CAN总线空闲时将报文发送出去。

• 报文接收：

• MCP2518FD持续监听CAN总线上的报文。当接收到报文后，它会根据配置的过滤器和屏蔽器进行筛选。如果报文通过筛选，它会被存储到相应的接收缓冲区中。随后，MCP2518FD会通过INT引脚产生中断，通知主控MCU读取报文数据。

MCP2518FD的寄存器非常多，可以分为几大类：

• 配置寄存器：

• 用于设置CAN波特率、工作模式、时钟源等。

• 发送寄存器：

• 用于存储待发送的报文数据、CAN ID、DLC（数据长度代码）等。

• 接收寄存器：

• 用于存储接收到的报文数据、CAN ID等。

• 中断寄存器：

• 用于标志各种中断事件，如报文接收完成、发送完成、错误发生等。

5. 应用场景：

由于其高性能和易用性，MCP2518FD被广泛应用于需要CAN FD通信的各种领域：

• 汽车电子：

• 现代汽车中的ECU（Electronic Control Unit）越来越多，对通信带宽的要求也越来越高。MCP2518FD可以用于实现车辆诊断系统、车身电子控制、车载信息娱乐系统等，通过CAN FD协议实现高速、可靠的数据传输。

• 工业自动化：

• 在工业控制系统中，各种传感器、执行器和控制器之间需要进行实时通信。MCP2518FD可以用于构建高速的工业自动化网络，例如机器人控制、工厂自动化生产线等。

• 医疗设备：

• 医疗设备对数据传输的可靠性和实时性要求极高。MCP2518FD可以用于构建医疗设备中的通信网络，例如监护仪、影像设备等。

• 楼宇自动化：

• 智能楼宇中的各种设备，如门禁系统、照明系统、HVAC（供暖、通风和空调）系统等，需要进行互联互通。MCP2518FD可以提供一种可靠的通信解决方案。

6. 与CAN收发器的配合使用：

MCP2518FD本身只负责CAN FD协议的处理，它需要与一个CAN收发器配合使用才能连接到物理的CAN总线。CAN收发器的作用是实现MCP2518FD的逻辑电平信号与CAN总线上的差分信号之间的转换。Microchip公司提供了与MCP2518FD配套的CAN FD收发器，如MCP2562FD，它们能够完美配合，共同构建完整的CAN FD通信节点。

总结：

Microchip MCP2518FD是一款功能强大、配置灵活的CAN FD控制器。它通过简单的SPI接口，为任何MCU提供了实现CAN FD通信的能力。其丰富的特性，如高速数据传输、灵活的缓冲区和过滤器、多种工作模式，使其在汽车、工业、医疗等众多领域具有广泛的应用前景。开发者可以利用这款芯片，轻松地将CAN FD技术集成到自己的产品中，从而提高通信效率和系统性能。