1 CAN總線簡(jiǎn)介

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)FCS（Fieldbus Control System）成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，德國(guó)Bosch公司的CAN（1Mbit/s）是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，也是Controller Area Network 的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。它屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨(dú)特設(shè)計(jì)，CAN總線已成為目前國(guó)外最普及和實(shí)時(shí)性最高的現(xiàn)場(chǎng)總線。CAN總線在可靠性和實(shí)時(shí)性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于RS-485等工業(yè)現(xiàn)線CAN總線主要有下列特征：

1. 數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分電壓傳輸，兩條信號(hào)線”CAN_H”和” CAN_L”。

2. 傳輸介質(zhì)可用雙絞線、同軸電纜或光纖，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。直接通信距離最大可達(dá)10km(速率小于5kbit/s)，最高通信速率可達(dá)1Mbit/s(此時(shí)距離最長(zhǎng)為40m)。

3. 節(jié)點(diǎn)不分主從，節(jié)點(diǎn)任意時(shí)刻可向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問，滿足不同的實(shí)時(shí)要求。

4. 采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)總線仲裁技術(shù)。

5. 采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀為8bit，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低。

6. 可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播方式傳送接收數(shù)據(jù)。

7. 發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)送。
2  Small RTOS51簡(jiǎn)介

Small RTOS51 是一個(gè)用于8051系列單片機(jī)的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。8051系列單片機(jī)一般只有很少的ROM和RAM資源，如P89C51只有4KB Flash和128字節(jié)RAM。一般的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如RTX Tiny 雖然小，但是任務(wù)沒有優(yōu)先級(jí)和中斷管理，也無源代碼，而uc/os-II規(guī)模太大，需要大量外部RAM?；诖?，Small RTOS51是專為51 單片機(jī)編寫嵌入式操作系統(tǒng)，它使用了RTX51 Tiny 的堆棧管理機(jī)制，并像uc/os-II一樣是搶占式的。

3 一個(gè)典型的CAN節(jié)點(diǎn)

3.1.CAN總線接口的結(jié)構(gòu)

一個(gè)CAN總線接口有3 部分組成，如圖（a）所示，它們分別對(duì)應(yīng)于CAN總線的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。

最上層為微控制器，主要負(fù)責(zé)上層應(yīng)用以及系統(tǒng)控制，包括CAN協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)設(shè)備的工作。（本設(shè)計(jì)采用的MCU是8051）

中間層為CAN控制器，CAN控制器負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)幀，完成數(shù)據(jù)的打包、解包，錯(cuò)誤界定，并提供報(bào)文緩沖和傳輸濾波。（本設(shè)計(jì)采用的CAN總線控制器是Philips公司生產(chǎn)SJA1000）

最底層為CAN收發(fā)器，主要是接口電平的轉(zhuǎn)換，接口電器特性的處理。（本設(shè)計(jì)采用82C250）
  
（a）CAN接口結(jié)構(gòu)



3.2.節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)

（1）SJA1000與單片機(jī)接口電路


  
（b）SJA1000與單片機(jī)接口電路

SJA1000 的AD0-AD7與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，地址A17作為SJA1000的片選使能端，由ALE、WR、RD控制SJA1000 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。注意SJA1000復(fù)位端的連接，單片機(jī)是高電平復(fù)位，而SJA1000是低電平復(fù)位，因此復(fù)位信號(hào)要通過一個(gè)反相器與SJA1000復(fù)位端相連。另外SJA1000的11腳MODE接高電平，選擇Intel二分頻模式 。SJA1000的16腳時(shí)中斷信號(hào)輸出，在中斷允許情況下，有中斷發(fā)生時(shí)，16腳出現(xiàn)有高電平到低電平的跳變。因此16腳可以直接與單片機(jī)的外部中斷輸入腳相連接。

SJA1000的ODE引腳可選擇接口模式：

◆Intel模式  MODE高

◆M0torola模式  MODE低

[!--empirenews.page--]（2）節(jié)點(diǎn)前端物理接口電路的設(shè)計(jì)



（c）節(jié)點(diǎn)前端物理接口電路的設(shè)計(jì)

使用SJA1000 CAN總線控制器可完成CAN總線通信任務(wù)，但它的驅(qū)動(dòng)能力不夠，因此外接82C250總線驅(qū)動(dòng)芯片。82C250是CAN控制器和物理總線間的接口。之所以選擇82C250芯片是因?yàn)槠渚哂懈咚傩裕ㄗ罡呖蛇_(dá)1Mbit/s），具有抗瞬間干擾保護(hù)總線的能力。具有降低射頻干擾的斜率控制。此外，它可以與110 個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，防止電池與地之間發(fā)生短路，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)掉電時(shí)，不會(huì)影響總線。

（3）設(shè)計(jì)電路注意的問題

◆SJA1000通過光耦與82C250的連接是光電隔離的接法。這樣可以防止線路間的串?dāng)_。在總線兩端要接2 個(gè)120歐姆的總線阻抗匹配電阻。忽略掉它們會(huì)降低總線的抗干擾能力，甚至導(dǎo)致無法通信。

◆SJA1000的TX1腳懸空，RX1引腳的電位必須維持在0.5vcc以上，否則將不能行成CAN協(xié)議所要求的電平邏輯。

◆光耦6N137的輸入端2，3腳的信號(hào)輸入極性要與光耦的輸出極性相同，如果電路設(shè)計(jì)時(shí)極性相反，也可以通過軟件編程改變SJA1000的數(shù)據(jù)輸出極性，從而使單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)與82C250中數(shù)據(jù)的極性一致。

4 在Small RTOS 下CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送實(shí)例

下面將通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例（需要配置Small RTOS51操作系統(tǒng)）來介紹在Small RTOS 下CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送過程。實(shí)例使用兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)組成CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)的功能是，每隔一定的定時(shí)周期發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，同時(shí)接收CAN數(shù)據(jù)，并將接收的CAN數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上。LED將顯示收到的數(shù)據(jù)幀的頭兩個(gè)字節(jié)。

（1）實(shí)例部分代碼實(shí)現(xiàn)

void main(void)
{
CpuInit(); //微控制器初始化
UserTickTimer(void)；//系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍的初始化
OSStart();//啟動(dòng)small rtos操作系統(tǒng)
SendData()；//發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)
{ unsigned char data status;
unsigned char i;
unsigned char xdata *p =&CAN1_SJA_BaseAdr+REG_CAN_SR  ;
unsigned char xdata *p1;
status=SJAInit();//初始化can控制器
if(status!=0){
  OSSendSignal(2); //喚醒錯(cuò)誤處理任務(wù)
}
P_SJAFrameStructApp  =(P_SJAFrameStruct )&BufCan2[0];
IT0 =0;//電平觸發(fā)模式
EX0=1;//使能CAN中斷
BufCan2[0]=0x88;
P_SJAFrameStructApp->FrameID=0x11111111;
while(1)
{
  OSWait(K_TMO,2);//系統(tǒng)等待函數(shù)，每?jī)蓚€(gè)時(shí)鐘周期發(fā)送一次數(shù)據(jù)
P_SJAFrameStructApp->FrameID++;
  p1=(unsigned char xdata *)&P_SJAFrameStructApp->FrameID;
  for(i=0;i<4;i++)  //發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)
  BufCan2[1+i] =*(p1+i);// 0x55;
  for(i=0;i<4;i++)
  BufCan2[5+i] =*(p1+i);// 0x55;
  for(i=0;i<4;i++)
  BufCan2[9+i] =*(p1+i);// 0x55;
  status=SJASendData(BufCan2,0x10);//向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)，所發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址是BufCan2
if(status!=0)  //表示發(fā)送數(shù)據(jù)錯(cuò)誤
OSSendSignal(2);喚醒錯(cuò)誤處理任務(wù)
}
}
void DisPlay(void)
{
while(1){
OSWait(K_TMO,1);
ShowLED(); // led顯示處理
  }
}
Error()；// 錯(cuò)誤信息處理任務(wù)
}
(2) 測(cè)試結(jié)果：

如果運(yùn)行正確：數(shù)碼管會(huì)顯示依次加1的數(shù)值，否則：數(shù)碼管會(huì)顯示E-xx的錯(cuò)誤代碼

5 結(jié)束語

CAN自其誕生以來，以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想、優(yōu)良的性能和極高的可靠性越來越受到工業(yè)界的青睞，CAN已經(jīng)廣泛用于汽車、火車、輪船、機(jī)器人、智能樓宇、機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、農(nóng)用機(jī)械、液壓傳動(dòng)、消防管理、傳感器、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。目前支持CAN協(xié)議的有Intel,Motorola,Philips,Siemens,NEC,Silioni,Honeywell等百余家國(guó)際著名大公司。因此CAN成為許多人學(xué)習(xí)的熱點(diǎn)，本文對(duì)讀者了解CAN總線節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)以及CAN總線對(duì)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送原理有很大的幫助。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Small RTOS51下CAN總線上數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，用一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來說明了CAN總線的接收、發(fā)送原理。