基于單片機的CAN總線通訊實現(xiàn)之歐陽家百創(chuàng)編

歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編CAN總線通訊基于51單片機應(yīng)用歐陽家百創(chuàng)編第一章前言1.1概述控制器局域網(wǎng)(CAN—ControllerAreaNetwork)屬于現(xiàn)場總線(Fieldbus)的范疇，是眾多的屬于現(xiàn)場總線標準之一，它適用于工業(yè)控制系統(tǒng)，具有通信速率高、可靠性強、連接方便、性能價格比高等諸多特點。它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，以其短報文幀及CSMA/CD-AMP(帶有信息優(yōu)先權(quán)及沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問)的MAC(媒介訪問控制)方式而倍受工業(yè)自動化領(lǐng)域中設(shè)備互連的厚愛。CAN的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用于汽車系統(tǒng)、機械、技術(shù)設(shè)備和工業(yè)自動化里幾乎任何類型的數(shù)據(jù)通信。隨著計算機硬件、軟件及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，同時消費類電子產(chǎn)品、計算機外設(shè)、汽車和工業(yè)應(yīng)用等的需求不斷增加。高速、高可靠和低成本的通信介質(zhì)的要求也隨之提高?，F(xiàn)場總線是當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，它為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。微處理器中常用的串行總線是通用異步接收器傳輸總線(UART)、串行通信接口(SCI)、同步外設(shè)接口(SPI)、內(nèi)部集成電路(120和通用串行總線(USB),以及車用串行總線，包括控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)和本地互連網(wǎng)(LIN)等。這些總線在速度、物理接口要求和通信方法學(xué)上都有所不同。在計算機數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域內(nèi)，長期以來使用的通信標準，盡管被廣泛使用，但是無法在需要使用大量的傳感器和控制器的復(fù)雜或大規(guī)模的環(huán)境中使用?？刂破骶植烤W(wǎng)CAN(CONTROLLERAERANETW0RK就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，消費者對于汽車功能的要求越來越多，汽車上所用的電控單元不斷增多，電控單元之間信息交換的需求，使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時意味著需要更多的連接信號線，這就促進了車用總線技術(shù)的發(fā)展。CAN總線的出現(xiàn)，就是為了減少不斷增加的信號線，所有的外圍器件都可以被連接到總線上由于CAN總線具有可靠性高、實時性好、成本合理等優(yōu)點，逐漸被應(yīng)用于如船舶、航天、工業(yè)測控、自動化、電力系統(tǒng)、樓宇監(jiān)控等其他領(lǐng)域中。歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編1.2C1.2C總噬的特點80年代末，在汽車工業(yè)中，由于眾多的控制設(shè)備與測試儀器之間需要進行大量數(shù)據(jù)交換，傳統(tǒng)的總線無法滿足需求，德國BOSCH公司提出了CAN總線，這種新的串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。CAN總線即控制器局域網(wǎng)總線，通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN(ControllerAreaNetwork)屬于現(xiàn)場總線的一種，在傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域中，大部分的通信采用RS232、RS485或RS422總線。相比之下，RS232、RS485或RS422總線有著通信距離近，通訊速度慢，抗干擾性能差等缺點。通訊一般采用主從方式，通過主站查詢方式進行通訊，實時性、可靠性較差。當系統(tǒng)有錯誤，多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點?；贑AN總線的分布式控制系統(tǒng)在很多方面具有明顯的優(yōu)越性°L而CAN的電路結(jié)構(gòu)簡單，要求的線數(shù)較少，只需要兩根線與外部器件互聯(lián)，使得各控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源。達到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)的效果。CAN具有的完善的通信協(xié)議，并且可以通過CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期。CAN支持分布式控制或?qū)崟r控制，工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點均可以在任一時刻主動發(fā)送信息，可以點對點，點對多點以及全局廣播方式收發(fā)數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)，采用非破壞性總線總裁技術(shù)，通信速度快，可靠性高，可大大節(jié)省了總線仲裁沖突時間，在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。CAN沒有采用站地址編碼，而是對通信數(shù)據(jù)進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到數(shù)據(jù)，這使得CAN總線的數(shù)據(jù)通信實時性強，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。它具有如下特點:CAN是到目前為止為數(shù)不多的有國際標準的現(xiàn)場總線，總線協(xié)議已被國際標準化組織認證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)通訊。CAN總線沒有采取傳統(tǒng)的站地址編碼，不對節(jié)點進行地址規(guī)定，而是把通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編制，數(shù)據(jù)塊的標識碼可由11位或29位二進制數(shù)組成。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，使用報文的標識符來指定報文的優(yōu)先級以及報文的內(nèi)容，高優(yōu)先級的節(jié)點享有傳送報文的優(yōu)先權(quán)。還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短，從而保證了通信的實時性。CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，可以多個主站運行并且分散仲裁。CAN總線上任意節(jié)點可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)，而且可以任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。CAN通訊距離最大是1O公里（設(shè)速率為5Kbps），最大通信速率為1Mbit/s（設(shè)通信距離為4O米）。CAN采用非破壞性的總線仲裁技術(shù)，即載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的總線仲裁方式，當多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點會主動停止發(fā)送，高優(yōu)先級的節(jié)點可繼續(xù)傳輸，節(jié)省總線仲裁時間。避免多個節(jié)點同時開始發(fā)送消息而造成總線沖突，保證優(yōu)先級高的報文能夠優(yōu)先發(fā)送。CAN總線協(xié)議采用了完善的錯誤檢測與錯誤處理機制，包括了CRC校驗、錯誤報文自動重發(fā)、錯誤狀態(tài)判斷、臨時錯誤自動恢復(fù)等措施，從而很好的保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)黔6）閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響。CAN總線采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作。具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點?？筛鶕?jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文?？煽康腻e誤處理和檢錯機制，發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)，報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的通信，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN總線通過CAN控制器接口芯片的輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。CAN總線的信號狀態(tài)為2種，隱位與顯位。當隱位與顯位發(fā)送出現(xiàn)競爭時，最終結(jié)果是顯位。在處理沖突時，由于該信號的二值且“單穩(wěn)態(tài)”的特性變得簡單，報錯幀可以使所有節(jié)點很容易地取得一致性的數(shù)據(jù)，并且保證了節(jié)點狀態(tài)的同步，這種二值特性對CAN總線的可靠性有很大保障。而且CAN節(jié)點在出現(xiàn)嚴重錯誤的情況下，可以自動關(guān)閉輸出，避免總線上其他節(jié)點的操作受影響，從而保證不會因個別節(jié)點出現(xiàn)問題，而使得總線處于”死鎖”狀態(tài)。CAN總線具有位填充、回讀、錯誤約束、出錯自動重發(fā)等優(yōu)點，同時通信速率高、通信距離遠、容易實現(xiàn)、且性價比高。1.3 C總噬的發(fā)展前景CAN最初是用于汽車行業(yè)的監(jiān)測、控制，用來解決汽車內(nèi)部的復(fù)雜硬件信號接線的低成本通信總線，現(xiàn)今CAN總線已經(jīng)被公認為一種可靠的網(wǎng)絡(luò)總線在汽車上得以應(yīng)用。CAN總線共享信息和資源，總線的數(shù)據(jù)通信提高了系統(tǒng)可靠性、實時性、靈活性、可維護性，更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展具有高度靈活性、簡單的擴展性、優(yōu)良的抗干擾性和處理錯誤能力的CAN總線，越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域上得到了廣泛的應(yīng)用。世界上一些著名的汽車制造廠商，都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。近年來CAN總線已發(fā)展成為汽車電子系統(tǒng)的主流總線，已形成國際標準的現(xiàn)場總線，并由ISO正式頒布了IS011898CAN高速應(yīng)用標準和ISO11519CAN低速應(yīng)用標準，這為CAN總線的標準化、規(guī)范化鋪平了道路。CAN總線以其高性能，高可靠性及獨特的設(shè)計，在現(xiàn)代分布式測量與控制技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用已愈來愈廣泛。同時由于CAN總線自身的特點，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而是轉(zhuǎn)向鐵路、交通、自動控制、航空航天、航海、機械工業(yè)、機器人、醫(yī)療器械及安防等領(lǐng)域發(fā)展。CAN總線的發(fā)展已經(jīng)頗具規(guī)模，它不僅在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)一定優(yōu)勢，在其他工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也占有一席之地。這要歸根于通信技術(shù)的不斷進步，對通訊本身的要求不斷提高，這種形勢下CAN總線的優(yōu)勢在于其優(yōu)越的抗干擾能力和性價比。盡管CAN總線有一定局限，甚至還有漏洞，但對CAN總線的改進還在繼續(xù)，相信在未來的發(fā)展中，CAN總線通過不斷的更新和改進，能夠取得更大的進步。歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編第2章系統(tǒng)方案總體設(shè)計系統(tǒng)原理當CAN總線上的一個節(jié)點（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時,它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點。對每個節(jié)點來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符,定義了報文的優(yōu)先級,這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標識符是唯一的,不可能有兩個站發(fā)送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時,這種配置十分重要CAN總線的報文發(fā)送和接收。當一個站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時,該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片,并處于準備狀態(tài);當它收到總線分配時，轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統(tǒng)并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。當所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時,數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化,即總線上控制器需要測量數(shù)據(jù)時,可由網(wǎng)上獲得,而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。系統(tǒng)總體設(shè)計方框圖UAZ拄制器UAZ拄制器SJA1口門口圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計方框圖歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編51單片機系統(tǒng)的控制芯片采用AT89S52單片機來控制，因為AT89S52應(yīng)用比較廣泛，并且成本低，操作控制簡單，功耗較低，運行可靠性強。系統(tǒng)本身對處理器處理速度的要求不是很高，所以選擇該款單片機。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。(T2)P1JOC4口□vcc(T2X)P1.1IZ23QZlFCCFM2匚3□PQ.1(ADI>F1.3C437□PO-2pXCQ)P1.4IZ536□F?O.3(MOSI)P1.5CB35□PC.4(MISO)PlB?匚7□尸匚士(AE?>(SCKJP1,7C333□PCeI；AD?>RSTCS32□FD.7<AD7>-(RXD：?P3.D匚1031ZlEA.*VPF(TXO：i戶3Tlz113D□A^E-PROG(TF7TC-)P3..2匚1220□FT?-Er-j(INTI：1R3..3匚13ze□P2.F(A151(TO)P3-.4匚1427□P2.6(T1)P3..5C15□P2.5(A13：而KP3,3C1625□P2.4(A12)(RD-)P3.17匚1724□ips.aiaiijXTAL2C1623□R2J2(A1O)XTAL-IIZ1822□F21i：A5j&NDC士。21□IP2.Ci：ASl圖2-2AT89S52引腳結(jié)構(gòu)TT圖2-3 AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖VCC:電源GND:地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。

表2-1P1口引腳功能弓|腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX@RD訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）0P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表2-2P3口引腳功能弓1腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INTO（外部中斷0）P3.3INTO（外部中斷0）P3.4TO（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編RS：復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出CAN總線收發(fā)器PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口這個器件對總線提供不同的發(fā)送能力和對CAN控制器提供不同的接收能力。歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編圖2-4 82C250引腳結(jié)構(gòu)表2-3 82C250引腳管腳功能描述TXDRXDVrv-圖2-5 82C250TXDRXDVrv-圖2-5 82C250功能描述：PCA82C50制器和物理總

主要用于汽車士:二、一1標記13管新*voSa-gePC/1功能描述3TXD11一1 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入L4GND22接地 2VCC33上口/r_LU-t|-r^GND提供電壓RXD44接收數(shù)據(jù)輸出方框圖是CAN協(xié)議控線的接口，它里的高速應(yīng)用Vref55參考電壓輸出CANL66低電平CAN電壓輸入/輸出CANH77高電平CAN電壓輸入輸出RS88Slope電阻輸入IMbaud）。這個（高達器件對總線提供不同的發(fā)送能力和對CAN控制器提供不同的接收能力完全和ISO11898標準兼容。限定的電流值保護接收器輸出級，避免陽極和陰極的短路，盡管在默認的條件下功率消耗是增加的這個特征值將防止發(fā)送器輸出級的毀壞。如果節(jié)點溫度超過大約160攝氏度，發(fā)送器限定的電流值輸出被降低因為發(fā)送器占去大部分的功率消耗，這將導(dǎo)致降額功耗和較低的片內(nèi)溫度，IC中的其它部分在使用中將保持不變，當總線短路的時候熱保護非常需要。這個CANHCANLIMbaud）。這個表2-4CAN收發(fā)器真值表提供TXD（發(fā)送）CANHCANL總線狀況RXD接收4.5to5.5V0高低控制04.5to5.5V1（或懸空）懸空懸空接收1<2V（未上電）X懸空懸空接收X2V<VCC<4.5>0.75VCC懸空懸空接收X2V<VCC<4.5X若VRS>0.75VCC懸空若VRS>0.75VCC懸空接收X注意：X二隨意值表2-5官腳RS真值表在RS管腳上強制條件模式在RS管腳上電壓和電流VRS>0.75VCC備用IRS<|10A|10A<IRS<200A斜率控制0.3VCC<VRS<0.6VCCVRS<0.3VCC高速IRS<500A管腳8RS有三種不同的工作模式可被選擇:高速，備用，斜率控制。對于高速工作模式，發(fā)送器輸出級晶體管被盡可能地快啟動和關(guān)閉，在這種模式下，沒有措施用于限制上升和下降的斜度。建議使用屏蔽電纜可避免RFI這種問題。通過把管腳8接地選擇這個模式。對于低速或較短的總線長度，可使用一種沒有屏蔽的雙絞線或平行線。對于降低RFI,上升和下降的斜率是個限定值，上升和下降的斜率能夠被編程，通過從管腳8接一個電阻至地，這個斜率和管腳8的電流輸出成比例。如果高電平被接至管腳8，電路進入低電流保護模式。在這種模式下，發(fā)送器被關(guān)閉，接收器開至低電流。如果控制位被檢測(不同的總線電壓＜0.9V)，RXD將被開至低電平。這個微型控制器應(yīng)對這個條件有所反應(yīng)，通過轉(zhuǎn)換收發(fā)器至正常工作狀態(tài)。(經(jīng)過管腳8)因為這個接收器在備用模式下比較慢，第一條信息會丟失掉。CAN總線控制器CAN總線控制器選用SJA1000，SJAl000是一個獨立的控制器，有兩種不同的模式。(1)BasicCAN模式：系統(tǒng)上電后默認的模式，與PCA82C200兼容。(2)PeliCAN模式：支持CAN2.0B協(xié)議規(guī)定的所有功能。

ADS□_AD7叵ale7as叵CS[±RO/E巨TH卮cLrouT[TVssi叵XTAL1叵KLAL2叵MOPE叵Vhd2|T5t>oE2TXlo圖2-6 SJA1000引腳結(jié)構(gòu)SJA1000功能模塊主要有：接口管理邏輯、接收FIFO隊列、接收濾波器、發(fā)送緩沖器和CAN核心模塊。CAN核心模塊基于CAN2.0B的協(xié)議執(zhí)行對CAN幀的發(fā)送和接收。邏輯管理接口實現(xiàn)與外部單片機的連接。SJAlO00的發(fā)送緩沖器可以存儲一個完整的報文，當單片機開始一個傳送時，邏輯管理接口會使CAN核心模塊讀發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)，依照CAN2.OB協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。當收到一個報文時，cAN核心控制模塊將連續(xù)的位轉(zhuǎn)換為標準的數(shù)據(jù)存放于接收過濾器中，通過驗收碼寄存器、驗收屏蔽寄存器進行過濾處理，將符合標志位要求的數(shù)據(jù)放人接收FIF0隊列中以下為SJA1000芯片的特點：管腳及電氣特性與獨立CAN總線控制器PCA82C200兼容；軟件與PCA82C200兼容（缺省為基本CAN模式）；擴展接收緩沖器（64字節(jié)FIFO）；支持CAN2.0B協(xié)議；同時支持11位和29位標識符；位通訊速率為1Mbits/s;增強CAN模式（PeliCAN）;采用24MHz時鐘頻率；支持多種微處理器接口；可編程CAN輸出驅(qū)動配置；工作溫度范圍為-40?+125℃。從芯片的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，SJA100C型獨立CAN總線控制器由以下幾部分構(gòu)成:（1）接口管理邏輯：它接收來自微處理器的命令，控制CAN寄存器的地址，并為微處理器提供中斷和狀態(tài)信息。（2）發(fā)送緩沖器：有13字節(jié)長。它位于CPU和位流處理器（BSP）之間，能存儲一條將在CAN總線上發(fā)送的完整的報文，報文由CPU寫入，由SBP讀出。（3）接收緩沖器（RXB、RXFIFO）：它是CPU和接收濾波器之間的接口，用來存儲從CAN總線接收并通過了濾波的報文。接收緩沖器RXB是提供給CPU可訪問的13字節(jié)的窗口，這個窗口是屬于接收FIFO（RXFIFO）的一部分，共由64字節(jié)長。有了這個FIFO,可以在CPU處理一個報文的同時繼續(xù)接收其他到來的報文。（4）接收濾波器：它把報文頭中的標識符和接收濾波寄存器中的內(nèi)容進行比較，以判斷文報文是否被接收。如果被接收，報文存KXFIFO。（5）位流處理器：它是一個控制發(fā)送緩沖器、RXFIFO并行數(shù)據(jù)和CAN總線（串行數(shù)據(jù)）之間數(shù)據(jù)的序列發(fā)生器，同時它也執(zhí)行錯誤檢測、仲裁、位填充和CAN總線錯誤處理功能。（6）位定時邏輯不：它將5」八1000同步于CAN總線上的位流。（7）錯誤管理邏輯：它按照CAN協(xié)議完成錯誤界定。2.2.4光耦合器6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850nm波長AlGaAsLED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速（典型為10MBd），5mA的極小輸入電流。圖2-8 6N137引腳結(jié)構(gòu)特性：①轉(zhuǎn)換速率高達10MBit/s;②擺率高達10kV/us;③扇出系數(shù)為8;④邏輯電平輸出;⑤集電極開路輸出;工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15山人最大允許低電平電壓（輸出高）：0.8v最大允許高電平電壓：VCC最大電源電壓、輸出：5.5V扇出（丁立負載）：8個（最多）工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等。信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。原理如上圖所示，若以腳2為輸入，腳3接地，則真值表如附表所列，這相當于非門的傳輸，若希望在傳輸過程中不改變邏輯狀態(tài)，則從腳3輸入，腳2接高電平。）圖2-9 測試電路和波形=工圖2-9 測試電路和波形=工5mA=375m4PulseGenerator第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分該系統(tǒng)的硬件主要包含這幾個部分：處理器、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器。結(jié)構(gòu)電路如下：

圖3-1圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電路單片機電路設(shè)計本設(shè)計選擇AT89S52單片機。AT89S52自帶有片內(nèi)ROM和一定數(shù)量的RAM,一般不需要擴展片外的存儲器，并且能和MCS—51產(chǎn)品兼容。本設(shè)計選用簡單基本的經(jīng)典復(fù)位電路，它利用電容和電阻的充放電來產(chǎn)生一個達到時間要求的連續(xù)低電壓，并輸入到單片機的復(fù)位管腳，如下圖所示：JCTAT33=>-3Q□ZTMTdHJ=nnsTTl-°E?aJCTAT33=>-3Q□ZTMTdHJ=nnsTTl-°E?aBA3_4"I71.=3>-3=S■WTL0HLO.x?m_TAMZEZr?uU-：ETCA.sB笠nHLti?my

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葭第BJff圖3-2單片機結(jié)構(gòu)電路CAN線控制器電路設(shè)計SJA1000被設(shè)計為全面支持CAN2.0B協(xié)議，而且支持多處理器接口，其接口電路十分簡單，如下圖所示：其電路圖如下：

圖3-3控制器結(jié)構(gòu)電路CAN線收發(fā)器電路設(shè)計CAN總線收發(fā)器選用PCA82C250,其封裝為SOIC,而且只有8個引腳，其設(shè)計電路如下圖所示：圖3-4CAN總線收發(fā)器結(jié)構(gòu)電路第4章軟件設(shè)計4.1軟件總體設(shè)計程序設(shè)計主要分為3部分：SJA1000初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程序?？梢哉f所有CAN通信程序設(shè)計都是遵循這3個基本步驟的，所以熟練掌握這3部分子程序的設(shè)計對于應(yīng)用CAN總線的工程技術(shù)人員來說是非常有必要的。fiJBrres&'icSsi?Wi斯丁作用節(jié)-L啟動3JRW004強ri收丫一向小發(fā).送型沖以*弓也用「數(shù)據(jù)、返回「堂口收又或 J延N式用0秒凄取siiwm狀態(tài)帶存黯的值褥口發(fā)口收請求俅/I5H10M初蛤化配置返I可1rl蹌門收域功 J圖4-1CAN節(jié)點自發(fā)自收基本流程圖4.2CAN初始化，用初此化反沖明■收出他寄存:器婦置:監(jiān)〃代牝花府也造人及啰模式配雷：，1仲分頻洛存器配置慢式：汗矗怔首顯線企用制存器器Hi[/模式配置輸出控制寄存器圖4-2CAN節(jié)點初始化流程圖歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編SJA1000初始化微控制器和SJA1000之間狀態(tài)、控制和命令信號的交換都是在控制段中完成的。初始化加載后，寄存器的接收代碼、接收屏蔽、總線定時寄存器0和1以及輸出控制就不能改變了。SJA1000共有2種工作模式：復(fù)位模式和工作模式。當硬件復(fù)位或控制器掉電時會自動進入復(fù)位模式，只有在復(fù)位模式下才可以對SJA1000進行初始化。初始化主要包括工作方式的設(shè)定、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設(shè)定、總線時序寄存器的設(shè)置、輸出模式寄存器和中斷使能寄存器的設(shè)置等。在初始化完成以后，CAN總線就可以開始進行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送工作。退回圖4-3SJA1000初始化流程圖將發(fā)送緩沖區(qū)地址填入描述符計數(shù)長度將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)退回圖4-3SJA1000初始化流程圖將發(fā)送緩沖區(qū)地址填入描述符計數(shù)長度將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)置命令寄存器匚MFL0=1（請求發(fā)送）讀點態(tài)寄存器0R.2發(fā)送與接收首先與CAN控制器連接的微處理器必須將要發(fā)送的數(shù)據(jù)從其數(shù)據(jù)存儲區(qū)中取出，與主機的ID地址一起組成信息幀按CAN報文結(jié)構(gòu)發(fā)送到發(fā)送緩沖器中，并置位命令寄存器中的發(fā)送請求標志，接收到發(fā)送請求后發(fā)送過程由CAN控制器自動完成。在檢測到接收緩沖器中存在有效報文后，接收程序?qū)⒔邮站彌_器歐陽家百創(chuàng)編

中的內(nèi)容讀入CPU的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。接收完畢后檢查總線狀態(tài)及溢出情況等并做相應(yīng)處理。發(fā)送與接收程序流程圖中的內(nèi)容讀入CPU的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。接收完畢后檢查總線狀態(tài)及溢出情況等并做相應(yīng)處理。發(fā)送與接收程序流程圖圖4-4第5章系統(tǒng)調(diào)試計算機通過串口RS232發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機AT89S52,單片機通過CAN控制器以及CAN收發(fā)器把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN通訊，傳送到CANH,CANH把數(shù)據(jù)傳送給CANL，CANL又通過CANCANL，CANL又通過CAN控制器把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串口通信數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機，實現(xiàn)圖5-1系統(tǒng)調(diào)試圖歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編在實現(xiàn)的過程中，用了一個LED,單片機發(fā)送一組數(shù)組TX[]緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成CAN通訊CANH發(fā)送，LED變換一次，CANL收回來。將接受到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)組RX[]緩沖區(qū)。LED變換一次，同時用示波器的紅色探頭接觸控制器的接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)端，觀察接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)是否一致。圖5-2系統(tǒng)調(diào)試實物圖調(diào)試結(jié)果比對：圖5-3發(fā)送的示波器示意圖 圖5-4接收的數(shù)據(jù)示波器示意圖由上面的圖對比可以看出，接收的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)時一致的，實現(xiàn)了設(shè)計需要實現(xiàn)的功能—自發(fā)自收。結(jié)論采用了多主工作方式及CSMA/CD的CAN總線以其顯著優(yōu)于傳統(tǒng)“一主多從”式多機串行通訊模式而得到了廣泛應(yīng)用。實踐表明，由于CAN總線結(jié)構(gòu)簡單，器件容易購置，開發(fā)技術(shù)易于掌握，且具有統(tǒng)一的國際標準，故在現(xiàn)場總線的發(fā)展中占有了重要位置。本系統(tǒng)設(shè)計通過單片機，CAN控制器SJA1000以及CAN收發(fā)器PCA82C250的電路設(shè)計，實現(xiàn)了CAN通信的自發(fā)自收。計算機通過串口RS232發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機AT89S52,單片機通過CAN控制器以及CAN收發(fā)器把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN通訊，歐陽家百創(chuàng)編傳送到CANH,CANH把數(shù)據(jù)傳送給CANL,CANL又通過CAN控制器把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串口通信數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機，雖然這個系統(tǒng)簡單，但在調(diào)試的過程中仍遇到了很多問題。通過這次設(shè)計，對CAN的通信有了較為深刻的認識和了解，以及對于不同通信方式之間的轉(zhuǎn)換有了掌握。本系統(tǒng)設(shè)計電子學(xué)，數(shù)據(jù)通訊，硬件設(shè)計，軟件設(shè)計等多方面的內(nèi)容，知識范圍廣，由于本人水平有限，在設(shè)計過程中還有很多不足和不夠完善的地方，懇請諸位專家、老師大力斧正，不吝賜教。致謝本課題的選題、研究以及撰寫工作是對大學(xué)生活的一個總結(jié)。在研究過程中，積累了很多實際經(jīng)驗和技巧，思維更加嚴謹，分析問題更加科學(xué)，做事更加細心。首先，非常感謝我的指導(dǎo)老師王敏。正是在她孜孜不倦的教誨和親切關(guān)懷下本文才得以順利完成。王老師治學(xué)嚴謹、學(xué)識淵博，在大學(xué)期間給我指明發(fā)展方向，不僅傳授專業(yè)理論知識，而且給我很多實踐機會，她那踏實的工作作風(fēng)以及高度負責(zé)的科研精神更是讓我終身受益。其次，感謝培育我的母校，感謝測控技術(shù)與儀器專業(yè)的全體老師，是你們的辛勤培養(yǎng)使我掌握了扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識；感謝我所有的朋友和同學(xué)，在成都理工大學(xué)一起生活和學(xué)習(xí)的美好時光里，給我的大學(xué)生活增添了無窮的樂趣和光彩，我們之間的深厚友誼將是我一生中最美好的留念。還要感謝我的家人，多年來他們總是只知付出，不求索取的愛護我、理解我、關(guān)心我、支持我，我的每一個足跡都離不開他們的默默付出，他們鼓勵的目光永遠是我前進的動力。最后，謹向在百忙之中審閱本文的各位專家和評委老師表示衷心的感謝。參考文獻[1]孫涵芳.Intel16位單片機[M].北京：航空航天大學(xué)出版社.2000.⑵鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：航空航天大學(xué)出版社.2001.[3]蔣方帥.Delph^_1序員指南M].北京：人民郵電出版也000[4]方方，周偉.單片微機原理及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社,北京交通大學(xué)出版歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編歐陽家百創(chuàng)編社.2007[5]樓然苗，李光飛.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京北京航空航天大學(xué)出版社.2007[6]楊春杰，王曙光，亢紅波.CAN總線技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2010[7]李勇，張怡CAN總線的設(shè)計與實現(xiàn)W.西北工業(yè)大學(xué)電子蔡000[8]杜善封CAN總線測控技術(shù)及應(yīng)用W.電子工業(yè)出版社2007[9]鄒應(yīng)全51系列單片機原理與實驗教程].西安電子科技大學(xué)出版社007[10]鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社.1996[11]蘇偉斌.8051系列單片機應(yīng)用手冊.科學(xué)出版社[M].1997[12]李真花，崔健.CAN總線輕松入門與實踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社2011Paret,Dominique.LeBusCAN:[ControllerAreaNetwork].Dunod,1996jianlingzhao，yuanyuanxue.MCUdevelopment&applicationinternals[M].電子工業(yè)出版社.2009Carninci,Piero.L'informationeconomiqueettechniquedelaprofession[M].Societed'ExpansionTechniqueetEconomique1989-2005[16]夏巍，丁剛，嚴輝.基于CAN總線和嵌入式網(wǎng)關(guān)的家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置2008(6)29-31[17]朱齊丹，汪瞳.CAN通信物理層建模與仿真口[J].計算機工