CAN總線節點電路的設計與實現

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網絡。由于其具有較強的抗干擾能力、通訊中沒有地址的概念及節點數不受限制等優點，已經被廣泛應用于汽車、數控機床、儀器儀表、現場總線控制等領域。在CAN總線的節點設計中，目前應用較多的是通過單片機的控制來實現。有的單片機已經嵌入了CAN控制器的功能，比如Philips的P8XC592，Motorola的68HC05X4等，但這類單片機的應用并不普及，而且價格相對較高。對于目前應用最為普及、價格也很便宜的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總線節點設計方法。

1 CAN總線簡介

CAN 總線是現場總線的一種，它是德國Bosch 公司在1986 年為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通訊總線。它與其它總線最大的區別是兩個節點之間傳送信息時報文中沒有地址信息，而是對不同性質的數據加以標識。在通訊時，以全網廣播為基礎,各接收節點根據報文中反映數據性質的標識符過濾報文,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應用而開發的，但由于其具有很強的糾錯能力，支持差分收發，因而適合高噪聲環境，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發出了支持CAN協議的集成芯片，更是推動了CAN總線的應用。目前，CAN總線在數控機床、醫療設備、工業控制等領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總線的國際標準ISO11898。其具體特性如下：

（1）CAN網絡上的節點信息可以分成不同的優先級，用來滿足不同的實時要求。

（2）CAN為多主工作方式，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上的其他節點發送信息，而不分主從。

（3）當多個節點同時向總線發送信息時，CAN采用非破壞性總線仲裁技術，低優先級的節點會依此退出發送，而最高優先級的節點正常發送，不會受到任何影響，極大地節省了總線沖突仲裁時間。

（4）發送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發送。

（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(此時通訊距離最長為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節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉，退出總線的功能，從而使總線上的其它接點不受影響。SOC開發平臺360元 單片機開發系統498元 單片機學習板138 無線nRF-9E5模塊100元 51單片機試驗開發板238元 Genius NSP通用編程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9開發板800

2 SJA1000的介紹

SJA1000是Philips生產的獨立CAN總線控制器，它是早期的PCA82C200的替代產品。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協議。經過簡單連接和正確設置的SJA1000，能自動完成CAN總線物理層和數據鏈路層的所有功能，對于單片機來說，只要把它看成一個基本的I/O設備即可，使用非常簡單、方便。SJA1000的主要特性如下：

（1）擴展的接受緩沖器（64字節，先進先出FIFO）。

（2）和CAN2.0B協議兼容。

（3）同時支持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 節點硬件電路設計說明

目前廣泛流行的CAN器件分兩大類，一類是獨立的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。考慮芯片的市場普及程度、開發工具及成本等因素，在這次設計中選用單片機AT89C51為核心，SJA1000為CAN控制器，同時還使用了PCA82C250，它是CAN控制器的接口芯片。從功能上來分，SJA1000主要完成CAN的通訊協議，實現報文的裝配和拆分、接收信息的過濾和校驗等。PCA82C250則是實現CAN控制器和通訊線路的物理連接，提高CAN總線的驅動能力和可靠性。具體電路如下圖所示，雖然整個電路比較簡單，但結合本人設計、現場調試的體會，給出下面幾點說明。