0 引言
CAN-bus(Controller Area Network)即控制" title="控制">控制器局域網(wǎng)是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初CAN-bus被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊工具，用于在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，從而形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。如今，CAN-bus作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。而且CAN-bus總線在通信能力、可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性、易用性、傳輸距離等方面較RS-485總線有著明顯的優(yōu)勢(shì)。因而用CAN總線" title="CAN總線">CAN總線取代RS-485總線將是大勢(shì)所趨。
1 CAN總線的主要特性
CAN總線與其它通信網(wǎng)的不同之處有二：一是報(bào)文傳送中不包含目標(biāo)地址，它是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，各接收站根據(jù)報(bào)文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標(biāo)識(shí)符來過濾報(bào)文，該收的收下，不該收的棄而不用。其好處是可在線上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收；二是特別強(qiáng)化數(shù)據(jù)安全，可滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。CAN具有以下主要技術(shù)特性：
(1)CAN遵從ISO模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層。采用雙絞線，通信速率最高可達(dá)到1 Mbps／40 m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 kin／5 kbps。同一段總線內(nèi)最多可掛接110個(gè)設(shè)備。
(2)CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，CAN可自動(dòng)關(guān)閉該節(jié)點(diǎn)，同時(shí)切斷與總線的聯(lián)系，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)不受影響，因此CAN總線具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
(3)CAN可支持多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)候均可主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，同時(shí)也支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式來接收／發(fā)送數(shù)據(jù)。處于優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)停止發(fā)送，以此來避免總線沖突。
2 CAN總線接口硬件電路的設(shè)計(jì)
硬件電路的設(shè)計(jì)主要是CAN通信控制器與微處理器之間和CAN總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路的設(shè)計(jì)。CAN通信控制器是CAN總線接口電路的核心，主要完成CAN的通信協(xié)議，而CAN總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾(RFI)，實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。
2.1 CAN總線接口電路
SJA1000" title="SJA1000">SJA1000硬件接口原理圖如圖l所示。圖中，CAN總線控制器SJA1000的ADO-AD7連接到AT89C51的P0口。片選端CS取反后連接到AT89C51的P2.7，當(dāng)P2.7為1時(shí)，CPU片外存儲(chǔ)器地址可選中SJA1000。CPU通過這些地址可對(duì)SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀／寫操作(即：SJA1000首地址為8000H)。SJA1000的RD、WR、ALE分別與AT89C51的對(duì)應(yīng)引腳相連。由于SJA1000是低電平復(fù)位，而AT89C51是高電平復(fù)位，所以兩者的復(fù)位端接法不同。另外，當(dāng)SJA1000的11腳MODE接高電平時(shí)，可選擇Intel二分頻模式。SJA1000的16腳(INT)是中斷信號(hào)輸出端，在中斷允許的情況下，有中斷發(fā)生時(shí)，16腳會(huì)輸出由高電平到低電平的跳變，因此將AT89C51的外部中斷輸入腳(INT0)與該腳相連接，即可通過中斷方式來訪問SJA1000。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用SJA1000的具有光電隔離的CAN總線接口。SJA1000的發(fā)送輸出端TX0與接收輸入端RXO、RX1分別經(jīng)高速集成光電耦合器6N137隔離后，與CAN總線接口驅(qū)動(dòng)芯片82C250的TXD和RXD相連，82C250直接與CAN物理總線相連。CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250是CAN控制器和物理總線之間的接口，具有可向總線的差動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)和CAN控制器的差動(dòng)接收數(shù)據(jù)的功能。
2.2設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1)總線兩端必須接兩個(gè)終端匹配電阻Rs，若忽略掉它們，會(huì)使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低。
(3)SJA1000的TX1腳懸空時(shí)，RX1引腳的電位必須維持在約0.5Vcc上，否則，將不能形成CAN協(xié)議所要求的電平邏輯。因本系統(tǒng)傳輸距離近，環(huán)境干擾小，可以不用電流隔離，這樣可以直接把82C250的Vref端(約為0.5 Vcc)與SJA1000的RX1相連，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
(4)設(shè)計(jì)時(shí)將SJA1000的CLOCKOUT的時(shí)鐘信號(hào)接至AT89C51的時(shí)鐘電路輸入端，來作為AT89C51的外部時(shí)鐘輸入，從而解決了時(shí)鐘同步問題：同時(shí)將SJA1000中斷輸出信號(hào)／INT接至AT89C51的／INT0端，通過中斷方式與AT89C51進(jìn)行通信。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)上電后首先對(duì)82C250和SJA1000進(jìn)行初始化。以確定工作主頻、波特率、輸出特性等，然后通過查詢方式獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣值，并把該值通過SJA1000傳送到CAN總線上由上位PC機(jī)來進(jìn)行顯示控制。而對(duì)來自CAN總線上的信息則采用中斷方式處理，系統(tǒng)每接收到一幀信息，便產(chǎn)生一次中斷以觸發(fā)微處理器進(jìn)入中斷模式，然后在中斷服務(wù)程序中讀取該幀信息并傳送到現(xiàn)場(chǎng)。SJA1000的初始化程序如下：
MOV DPTR，#CR：控制寄存器CR的地址送DPTR
MOVA，#01H
MOVX@DPTR，A：進(jìn)入復(fù)位模式
MOV DPTR，#CDR
MOVA，#00H
MOVX@DPTR，A：選擇BASIC CAN模式、時(shí)鐘不輸出
MOV A，#NODECODE
MOVX @DPTR，A；節(jié)點(diǎn)號(hào)NODECODE寫入ACR
MOVX DPTR，#AMR
MOV A，#00H
MOV @DPTR，A；AMR置為0，當(dāng)且僅當(dāng)RXID0=ACR時(shí)接收數(shù)據(jù)
MOV DPTR，#BTR0；設(shè)定總線時(shí)序寄存器BTR0，系統(tǒng)采用12 MHz晶振
MOV A，#85H；分頻后總線時(shí)鐘頻率為2MHz
MOVX @DPTR，A；同步跳轉(zhuǎn)寬度為3tscl
MOV DPTR，#BTR1；設(shè)定總線時(shí)序寄存器BTR1
MOV A，#OB4H：位同步時(shí)間為1個(gè)tsc1，采樣開始位置TSEG1=5tsc1
MOVX @DPTR，A；TSEG2=4tsc1，每一位時(shí)間10tsc1(200 kHz)，每位采樣3次
MOV DPTR，#OCR；設(shè)置輸出控制寄存器
MOV A，#1AH：數(shù)據(jù)從TX0按正常輸出模式同極性輸出
MOV @DPTR，A；TX1不用
MOV DPTR，#CR；初始化完成，使控制器退出復(fù)位模式，進(jìn)入工作模式工作。
MOV A，#06H
MOV @DPTR，A
SJA1000在經(jīng)過初始化后便開始接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，其程序流程分別如圖2和圖3所示。
4結(jié)束語(yǔ)
該接口電路在經(jīng)DP-51H單片機(jī)通訊仿真實(shí)驗(yàn)儀的調(diào)試后，結(jié)果表明它能模擬實(shí)現(xiàn)通信功能，且其抗干擾性能優(yōu)良，通信速率較高，電路也比較簡(jiǎn)單，是開發(fā)與應(yīng)用其它CAN總線產(chǎn)品的基礎(chǔ)。