0 引言
CAN-bus(Controller Area Network)即控制" title="控制">控制器局域網(wǎng)是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初CAN-bus被設計作為汽車環(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,。如今,，CAN-bus作為一種技術(shù)先進,、可靠性高,、功能完善,、成本合理的遠程網(wǎng)絡通訊控制方式,，已被廣泛應用到各個自動化控制系統(tǒng)中。而且CAN-bus總線在通信能力,、可靠性,、實時性,、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,。因而用CAN總線" title="CAN總線">CAN總線取代RS-485總線將是大勢所趨。
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文傳送中不包含目標地址,，它是以全網(wǎng)廣播為基礎,，各接收站根據(jù)報文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標識符來過濾報文，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)鏈路層與應用層。采用雙絞線,，通信速率最高可達到1 Mbps／40 m,，直接傳輸距離最遠可達10 kin／5 kbps。同一段總線內(nèi)最多可掛接110個設備,。
(2)CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu),，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個。因而傳輸時間短,，受干擾的概率低。當節(jié)點發(fā)生嚴重錯誤時,，CAN可自動關(guān)閉該節(jié)點,，同時切斷與總線的聯(lián)系，以使總線上其它節(jié)點不受影響,，因此CAN總線具有很強的抗干擾能力,。
(3)CAN可支持多主工作方式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點在任何時候均可主動向其它節(jié)點發(fā)送信息,，同時也支持點對點,、一點對多點和全局廣播方式來接收／發(fā)送數(shù)據(jù)。處于優(yōu)先級低的節(jié)點會主動停止發(fā)送,，以此來避免總線沖突,。
2 CAN總線接口硬件電路的設計
硬件電路的設計主要是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計。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，保護總線,，降低射頻干擾(RFI),，實現(xiàn)熱防護等。
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P2.7為1時,，CPU片外存儲器地址可選中SJA1000。CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應的讀／寫操作(即：SJA1000首地址為8000H),。SJA1000的RD,、WR、ALE分別與AT89C51的對應引腳相連,。由于SJA1000是低電平復位,，而AT89C51是高電平復位，所以兩者的復位端接法不同,。另外,，當SJA1000的11腳MODE接高電平時，可選擇Intel二分頻模式,。SJA1000的16腳(INT)是中斷信號輸出端,，在中斷允許的情況下，有中斷發(fā)生時,，16腳會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CAN總線節(jié)點的抗干擾能力,，本設計采用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發(fā)送數(shù)據(jù)和CAN控制器的差動接收數(shù)據(jù)的功能。
2.2設計注意事項
在進行電路設計時應注意以下幾點：
(1)總線兩端必須接兩個終端匹配電阻Rs,，若忽略掉它們,，會使數(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,，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,，從而簡化了電路設計,。
(4)設計時將SJA1000的CLOCKOUT的時鐘信號接至AT89C51的時鐘電路輸入端，來作為AT89C51的外部時鐘輸入,，從而解決了時鐘同步問題：同時將SJA1000中斷輸出信號／INT接至AT89C51的／INT0端,，通過中斷方式與AT89C51進行通信。
3系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)上電后首先對82C250和SJA1000進行初始化,。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機來進行顯示控制。而對來自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)微處理器進入中斷模式，然后在中斷服務程序中讀取該幀信息并傳送到現(xiàn)場,。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：進入復位模式
MOV DPTR,，#CDR
MOVA，#00H
MOVX@DPTR,，A：選擇BASIC CAN模式,、時鐘不輸出
MOV A，#NODECODE
MOVX @DPTR,，A；節(jié)點號NODECODE寫入ACR
MOVX DPTR,，#AMR
MOV A,，#00H
MOV @DPTR，A,；AMR置為0,，當且僅當RXID0=ACR時接收數(shù)據(jù)
MOV DPTR，#BTR0,；設定總線時序寄存器BTR0,，系統(tǒng)采用12 MHz晶振
MOV A,，#85H；分頻后總線時鐘頻率為2MHz
MOVX @DPTR,，A,；同步跳轉(zhuǎn)寬度為3tscl
MOV DPTR，#BTR1,；設定總線時序寄存器BTR1
MOV A,，#OB4H：位同步時間為1個tsc1，采樣開始位置TSEG1=5tsc1
MOVX @DPTR,，A,；TSEG2=4tsc1，每一位時間10tsc1(200 kHz),，每位采樣3次
MOV DPTR,，#OCR；設置輸出控制寄存器
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，使控制器退出復位模式,，進入工作模式工作,。
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
該接口電路在經(jīng)DP-51H單片機通訊仿真實驗儀的調(diào)試后,，結(jié)果表明它能模擬實現(xiàn)通信功能,，且其抗干擾性能優(yōu)良，通信速率較高,，電路也比較簡單,，是開發(fā)與應用其它CAN總線產(chǎn)品的基礎。