CAN總線(xiàn)節點(diǎn)電路的設計與實(shí)現

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)絡(luò )。由于其具有較強的抗干擾能力、通訊中沒(méi)有地址的概念及節點(diǎn)數不受限制等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應用于汽車(chē)、數控機床、儀器儀表、現場(chǎng)總線(xiàn)控制等領(lǐng)域。在CAN總線(xiàn)的節點(diǎn)設計中，目前應用較多的是通過(guò)單片機的控制來(lái)實(shí)現。有的單片機已經(jīng)嵌入了CAN控制器的功能，比如Philips的P8XC592，Motorola的68HC05X4等，但這類(lèi)單片機的應用并不普及，而且價(jià)格相對較高。對于目前應用最為普及、價(jià)格也很便宜的MCS-51系列單片機，本身并不嵌有CAN控制器的功能。下面就給出一種基于MCS-51單片機和SJA1000的CAN總線(xiàn)節點(diǎn)設計方法。

1 CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介

CAN 總線(xiàn)是現場(chǎng)總線(xiàn)的一種，它是德國B(niǎo)osch 公司在1986 年為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通訊總線(xiàn)。它與其它總線(xiàn)最大的區別是兩個(gè)節點(diǎn)之間傳送信息時(shí)報文中沒(méi)有地址信息，而是對不同性質(zhì)的數據加以標識。在通訊時(shí)，以全網(wǎng)廣播為基礎,各接收節點(diǎn)根據報文中反映數據性質(zhì)的標識符過(guò)濾報文,該收的收下,不該收的棄而不用。雖然CAN總線(xiàn)最初是為在汽車(chē)行業(yè)應用而開(kāi)發(fā)的，但由于其具有很強的糾錯能力，支持差分收發(fā)，因而適合高噪聲環(huán)境，而且傳輸距離比較遠。另外，象Philips，Motorola，Intel等半導體制造商相繼開(kāi)發(fā)出了支持CAN協(xié)議的集成芯片，更是推動(dòng)了CAN總線(xiàn)的應用。目前，CAN總線(xiàn)在數控機床、醫療設備、工業(yè)控制等領(lǐng)域也取得了廣泛的應用。1993年，國際標準化組織正式頒布了CAN總線(xiàn)的國際標準ISO11898。其具體特性如下：

（1）CAN網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)信息可以分成不同的優(yōu)先級，用來(lái)滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。

（2）CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò )上任一節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上的其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。

（3）當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息時(shí)，CAN采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，低優(yōu)先級的節點(diǎn)會(huì )依此退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節點(diǎn)正常發(fā)送，不會(huì )受到任何影響，極大地節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間。

（4）發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)送。

（5）CAN的直接通訊距離最遠可達到10km(速率5kbps以下)，通訊速率最高可以達到1Mbps(此時(shí)通訊距離最長(cháng)為40m)。

（6）CAN的每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，保證了出錯率很低。

（7）CAN節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉，退出總線(xiàn)的功能，從而使總線(xiàn)上的其它接點(diǎn)不受影響。SOC開(kāi)發(fā)平臺360元 單片機開(kāi)發(fā)系統498元 單片機學(xué)習板138 無(wú)線(xiàn)nRF-9E5模塊100元 51單片機試驗開(kāi)發(fā)板238元 Genius NSP通用編程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9開(kāi)發(fā)板800

2 SJA1000的介紹

SJA1000是Philips生產(chǎn)的獨立CAN總線(xiàn)控制器，它是早期的PCA82C200的替代產(chǎn)品。它與PCA82C200在管腳、電氣特性上完全兼容，不僅有和PCA82C200一樣的基本CAN（BasicCAN）工作模式，而且新增加了增強CAN（PeliCAN）工作模式，這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單連接和正確設置的SJA1000，能自動(dòng)完成CAN總線(xiàn)物理層和數據鏈路層的所有功能，對于單片機來(lái)說(shuō)，只要把它看成一個(gè)基本的I/O設備即可，使用非常簡(jiǎn)單、方便。SJA1000的主要特性如下：

（1）擴展的接受緩沖器（64字節，先進(jìn)先出FIFO）。

（2）和CAN2.0B協(xié)議兼容。

（3）同時(shí)支持11位和29位識別碼。

（4）位速率最高可達1Mbits/s。

（5）支持多種微處理器接口。

（6）增強的溫度適應性。

3 節點(diǎn)硬件電路設計說(shuō)明

目前廣泛流行的CAN器件分兩大類(lèi)，一類(lèi)是獨立的CAN控制器，如PCA82C200、SJA1000等，另一類(lèi)就是帶有CAN功能的微控制器，如Philips的P8XC592，Motorola的68HC05X4等?？紤]芯片的市場(chǎng)普及程度、開(kāi)發(fā)工具及成本等因素，在這次設計中選用單片機AT89C51為核心，SJA1000為CAN控制器，同時(shí)還使用了PCA82C250，它是CAN控制器的接口芯片。從功能上來(lái)分，SJA1000主要完成CAN的通訊協(xié)議，實(shí)現報文的裝配和拆分、接收信息的過(guò)濾和校驗等。PCA82C250則是實(shí)現CAN控制器和通訊線(xiàn)路的物理連接，提高CAN總線(xiàn)的驅動(dòng)能力和可靠性。具體電路如下圖所示，雖然整個(gè)電路比較簡(jiǎn)單，但結合本人設計、現場(chǎng)調試的體會(huì )，給出下面幾點(diǎn)說(shuō)明。