CAN總線節(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。由于其具有較強(qiáng)的抗干擾能力、通訊中沒有地址的概念及節(jié)點(diǎn)數(shù)不受限制等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車、數(shù)控機(jī)床、儀器儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線控制等領(lǐng)域。在CAN總線的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，目前應(yīng)用較多的是通過(guò)單片機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。有的單片機(jī)已經(jīng)嵌入了CAN控制器的功能，比如Philips的P8XC592，Motorola的68HC05X4等，但這類單片機(jī)的應(yīng)用并不普及，而且價(jià)格相對(duì)較高。對(duì)于目前應(yīng)用最為普及、價(jià)格也很便宜的MCS-51系列單片機(jī)，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(jī)和SJA1000的CAN總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法。

1 CAN總線簡(jiǎn)介

CAN 總線是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，它是德國(guó)Bosch 公司在1986 年為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊總線。它與其它總線最大的區(qū)別是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳送信息時(shí)報(bào)文中沒有地址信息，而是對(duì)不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)加以標(biāo)識(shí)。在通訊時(shí)，以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ),各接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾報(bào)文,該收的收下,不該收的棄而不用。雖然CAN總線最初是為在汽車行業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的，但由于其具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)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(yuǎn)。另外，象Philips，Motorola，Intel等半導(dǎo)體制造商相繼開發(fā)出了支持CAN協(xié)議的集成芯片，更是推動(dòng)了CAN總線的應(yīng)用。目前，CAN總線在數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域也取得了廣泛的應(yīng)用。1993年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正式頒布了CAN總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。其具體特性如下：

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

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

（3）當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，低優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)會(huì)依此退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)正常發(fā)送，不會(huì)受到任何影響，極大地節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。

（4）發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)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(yuǎn)可達(dá)到10km(速率5kbps以下)，通訊速率最高可以達(dá)到1Mbps(此時(shí)通訊距離最長(zhǎng)為40m)。

（6）CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，保證了出錯(cuò)率很低。

（7）CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉，退出總線的功能，從而使總線上的其它接點(diǎn)不受影響。SOC開發(fā)平臺(tái)360元 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)498元 單片機(jī)學(xué)習(xí)板138 無(wú)線nRF-9E5模塊100元 51單片機(jī)試驗(yàn)開發(fā)板238元 Genius NSP通用編程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9開發(fā)板800

2 SJA1000的介紹

SJA1000是Philips生產(chǎn)的獨(dú)立CAN總線控制器，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(qiáng)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(shè)置的SJA1000，能自動(dòng)完成CAN總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，只要把它看成一個(gè)基本的I/O設(shè)備即可，使用非常簡(jiǎn)單、方便。SJA1000的主要特性如下：

（1）擴(kuò)展的接受緩沖器（64字節(jié)，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(shí)別碼。

（4）位速率最高可達(dá)1Mbits/s。

（5）支持多種微處理器接口。

（6）增強(qiáng)的溫度適應(yīng)性。

3 節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)說(shuō)明

目前廣泛流行的CAN器件分兩大類，一類是獨(dú)立的CAN控制器，如PCA82C200、SJA1000等，另一類就是帶有CAN功能的微控制器，如Philips的P8XC592，Motorola的68HC05X4等。考慮芯片的市場(chǎng)普及程度、開發(fā)工具及成本等因素，在這次設(shè)計(jì)中選用單片機(jī)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(xiàn)報(bào)文的裝配和拆分、接收信息的過(guò)濾和校驗(yàn)等。PCA82C250則是實(shí)現(xiàn)CAN控制器和通訊線路的物理連接，提高CAN總線的驅(qū)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(jié)合本人設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的體會(huì)，給出下面幾點(diǎn)說(shuō)明。