基于CAN总线的设计应用

基于CAN总线的设计应用

作者：席灿江

来源：《中国新通信》2012年第14期

【摘要】CAN总线（Controller Area Network）是控制器局域网，已被广泛应用到众多领域中。本文简要介绍CAN总线的特点和应用。同时结合在实践中遇到的问题，指出在CAN总线应用中需要注意的一些地方。 【关键词】CAN总线

CAN总线是现在应用比较广泛的现场总线之一，它采用串行通讯方式，总线通信率比极高、抗电磁干扰性好并且能检测出通讯中的错误。CAN总线构成比较简单，通过一根双绞线就可以通讯，而且应用灵活，可以很方便的增加或减少节点。CAN总线也已形成国际标准，方便系统对接。 1起源

CAN总线原来是在20世纪80年代初应用于汽车行业，用来解决汽车控制系统之间的通信问题。后来因为CAN总线具有许多优点，逐渐形成了统一规范，随着集成电路的飞速发展，现今CAN总线的应用也越来越容易实现且信价比很高。 2CAN总线特点

（1）CAN总线可以连接多个节点，每个节点都可根据总线访问优先权收发CAN总线上的数据，通过通讯报文里的报文标识符来区分数据。

（2）CAN总线各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性。

（3）CAN总线传输速率高，当信号传输距离达到10Km时，CAN总线仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。

（4）CAN总线发送期间丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发，同时要是总线上节点出现严重故障可自动关闭输出，使整条总线不受影响。这使CAN总线有良好的可靠性。 （5）CAN总线在不关闭总线情况下即可任意挂接或拆除节点，保证了系统的灵活性和可扩展性；

（6）CAN总线有统一的标准和规范，使总线上各设备之间具有较好的互操作性、互换性和通用性。同时CAN总线也具有标准的通信协议，由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

3设计应用

简单介绍一种CAN总线的应用。CAN总线控制器采用芯片SJA1000，CAN总线收发器采用芯片PCA82C250。

SJAl000是一种独立的CAN控制器，主要完成CAN总线通信协议的物理层和数据链路层的功能。SJAl000含有控制寄存器、命令寄存器、状态寄存器、中断寄存器和收发寄存器。通过读写这些寄存器来实现对SJAl000的控制；芯片的TX0、TXl、RX0、RXl引脚用于与CAN总线收发器的接口，其基本特性有：

（1）有扩展的接收缓冲器64字节，先进先出(FIFO)； （2）支持CAN2.0A和CAN2.0B协议； （3）通信位速率可达1Mbps。

SJAl000有中断输出信号/INT，中断输出信号是低电平有效，通过中断方式完成与CAN控制器的通信。时钟脚XTAL1接入16M时钟，通过示波器检查CLKOUT脚可以判断SJAl000是否初始化正常，ADO…AD7是双向数据/地址端口，连接到处理器上，由处理器对SJA1000初始化，并接受CAN总线数据。处理器可以采用单片机或ETX主板等。在单片机或ETX主板的配套硬盘里编写CAN总线的通信控制程序。通信控制程序应该完成以下功能：初始化SJAl000、按报文格式发送和接收数据、监测寄存器的变化、在通信故障时软件复位等。在控制程序中特别注意监视CAN总线状态，发现CAN总线节点出现严重故障时可软件复位重新初始化该节点。只要不是硬件上故障，重新复位就可以恢复正常。

PCA82C250是用来连接CAN总线控制器和物理总线的接口芯片，接口采用的是双线差分驱动，可以减少传输中的干扰。PCA82C250的TXD、RXD引脚分别接收和发送驱动后的信号；把PCA82C250的VRFF端（约为0.5Vcc）与SJA1000的RXl脚相连，可以简化电路。CANH、CANL引脚接至双绞线或同轴电缆等传输介质，CANH端的状态是高电平或悬浮状态，CANL端是低电平或悬浮状态。使用PCA82C250可以扩大通信距离、提高系统的抗干扰能力、保护总线、降低射频干扰、传输速率高（最高可达1Mbps）、掉电自动关闭输出、可支持多达110个节点相连接、实现热防护等。

CAN总线的报文可以由通信双方约定，主要由几部分组成：报文起始标志；报文标识符；正文数据；CRC校验；报文结尾等。每个节点的报文大致一样，可以设置有一定的优先权，通过报文标识符来决定。

在实际使用中要特别注意几点，一是CAN总线的匹配电阻问题，标准电路匹配电阻是120欧姆，但如果是多个节点的话，可以在最后一个节点的CANH和CANL之间串联一个120欧姆电阻就可以了，如果每个节点都接这匹配电阻，可能会造成通信异常。二是如果因为硬件损坏导致CAN总线整体崩溃，可以通过断开节点的方法来排除故障，硬件损坏主要会对

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

CANH和CANL的电压造成影响。三是可以做报文数据显示程序，将CAN总线上的所有数据接收下来，通过报文标识符来判断每个节点是否工作正常，这样比较直观。 4结束语