WioTerminalでCAN通信～回路組み立て編～

Microchip ATSAMD51P19を搭載したプロトタイプボード「WioTerminal」でCAN通信を試してみました。

はじめに、ATSAMD51にはCANコントロール機能がありません。
以前、M5StickC Plus（ESP32PICO）でCAN通信の実装を行いました。
ESP32にはTWAIコントローラ(=CAN)が内蔵されており、レジスタ操作によってCAN信号の読み書きが可能です。
従って、CAN H, CAN Lの差動信号に変換する「CANトランシーバ」を用意することで、CAN通信ができます。

embaud-ot.hateblo.jp

WioTerminalには、CANプロトコルを生成するCANコントロール機能さえもないため、別途CANコントローラを用意する必要があります。
今回は、CANコントローラとして「MPU2515」を購入し、以前使用した CANトランシーバ「CANBusUnit For M5Stack」を活かしたCAN通信の実装を示します。

準備

実験に必要な機材、ソフトウェアを示します。

Hardware

WioTerminal / Seeed
CANBus Unit for M5Stack / M5Stack
MCP2515 / Microchip
- ブレッドボードやユニバーサル基板
- 水晶発振子（16MHz or 20MHz）
- 15pF コンデンサ（積層セラミックコンデンサ15pF）2個
- 10kΩカーボン抵抗
- ジャンパワイヤ 11本以上
USB CAN Module / InnoMaker （検証用）
Windows PC

Software

Arduino IDE or VSCode + PlatformIO
InnoMakerUsb2Can （検証用）

Library

学習のために自作したため、無し

References

shop.cqpub.co.jp

CAN通信の仕組み、MPU2515のレジスタ操作について解説されています。

MCP2515の紹介

MCP2515は、一般的なマイコンに搭載さているシリアル通信である「SPI（Serial Peripheral Interface）」によってデータを制御し、CAN通信を実現（フレーム変換）するためのCANコントローラです。

Step 1 MCP2515の回路組み立て

基本はデータシートを読みます。
1. 電源、信号レベルの確認

WioTerminalとMCP2515の接続
- WioTerminalのGPIO信号は3.3V
- MCP2515は最低2.7Vの電源電圧で駆動します（Ref : MCP2515 DataSheet Section.13）
WioTerminalのGPIOにSPIがある（Ref : WioTerminal取扱説明書参照、BCM8～11）

よって、電圧変換なしに使用可能

MPU2515 と CAN Bus Unit for M5Stack
- CAN Bus Unitの電源電圧は5Vで、WioTerminalのGPIOに5V出力がある
- M5StackのGrove信号レベルは3.3V
- MPU2515のCANTX, CANRXの信号レベルは3.3V
  - 1.で、MCP2515への電源供給を3.3Vとしたため（Ref. MCP2515 DS Table1-1）

よって、CAN BUS Unitを駆動可能かつ、MCP2515とCAN BUS Unitを接続して通信可能

2. MCP2515駆動回路の設計
MCP2515を起動させるための、最小限の回路接続です。

電源端子とGND端子の接続（Ref. DS Table1-1）
リセット端子の接続（Ref. DS Section 9）
- 入力信号をLOWレベルにするとリセットが働く
- コマンド送信によってもリセット操作ができるとのことですので、常時HIGHで良い
  - リセット端子への電流を制限するために、抵抗（10kΩ）を設けています
- ハードウェアリセットをかけたい（Power On Reset）場合は、ダイオードとコンデンサで電力供給を遅延させる回路を作成します。
  - データシートの9章に例があります
  - 抵抗とコンデンサ容量は、「RC回路」「時定数」がキーワードです
OSC1, OSC2へのクロック接続（Refs. DS Table1-1, subsection 8.0）
- 16MHzを使用すると、CANビットレートの生成がしやすい、定番の周波数
- CANビットレートを意識して使用する周波数を決めると良い
- 8MHzや20MHzを使っても、ビットレート計算をして、レジスタ設定をすれば（Step 3で解説）全く問題ない