PIC单片机C语言CAN总线应用：工业自动化与车载网络，连接万物

# 1. PIC单片机C语言简介

PIC单片机是一款由Microchip公司开发的8位单片机，以其低功耗、高性能和易于使用而著称。C语言是一种广泛使用的编程语言，因其可移植性、结构化和可维护性而备受青睐。

将C语言应用于PIC单片机开发具有诸多优势。首先，C语言提供了丰富的库函数和数据类型，简化了编程过程。其次，C语言代码易于理解和维护，便于团队协作。此外，C语言编译器可生成高效的机器代码，充分利用PIC单片机的硬件资源。

# 2. CAN总线基础理论

### 2.1 CAN总线协议概述

CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车、工业自动化和医疗等领域的串行通信协议。它以其高可靠性、实时性和抗干扰能力而著称。

CAN总线协议由ISO 11898标准定义，它采用多主从结构，允许多个节点在同一总线上进行通信。每个节点都有一个唯一的标识符，用于在总线上进行寻址。

### 2.2 CAN总线物理层和数据链路层

**物理层**

CAN总线采用差分信号传输，即使用一对双绞线来传输数据。这种方式可以有效地抑制共模干扰，提高通信的可靠性。CAN总线的物理层标准定义了信号的电气特性、连接器类型和线缆长度等参数。

**数据链路层**

CAN总线的数据链路层负责帧的格式化、传输和接收。它包括以下几个部分：

- **帧格式：**CAN总线帧由起始位、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、确认场和结束位组成。
- **仲裁机制：**当多个节点同时发送数据时，CAN总线会通过仲裁机制来确定哪个节点可以优先发送数据。仲裁场中标识符值较小的节点具有更高的优先级。
- **错误检测和纠正：**CAN总线的数据链路层包含了强大的错误检测和纠正机制，包括CRC校验和位填充等技术，以确保数据的可靠传输。

### 2.3 CAN总线报文格式和传输机制

**报文格式**

CAN总线报文由以下几个部分组成：

| 字段 | 长度（位） | 描述 |
|---|---|---|
| 起始位 | 1 | 逻辑 0 |
| 仲裁场 | 11/29 | 节点标识符和优先级 |
| 控制场 | 6 | 数据长度、帧类型和错误标志 |
| 数据场 | 0-64 | 数据 |
| CRC场 | 15/17 | 循环冗余校验 |
| 确认场 | 1 | 接收节点发送的确认信号 |
| 结束位 | 7 | 逻辑 1 |

**传输机制**

CAN总线采用非破坏性仲裁机制，这意味着多个节点可以同时发送数据，而不会丢失任何数据。当多个节点同时发送数据时，仲裁场中标识符值较小的节点将获得总线控制权并继续发送数据。其他节点会进入接收模式，等待总线空闲后再发送数据。

这种非破坏性仲裁机制确保了CAN总线的高实时性和可靠性，使其非常适合于需要快速、可靠通信的应用场景。

# 3.1 CAN总线控制器模块（CANCON）

#### 3.1.1 CANCON寄存器结构

PIC单片机的CANCON模块包含多个寄存器，用于控制和配置CAN总线接口。主要寄存器如下：

| 寄存器 | 地址 | 描述 |
|---|---|---|
| CANCON | 0x300 | CAN总线控制寄存器 |
| CANSTAT | 0x301 | CAN总线状态寄存器 |
| CANERR | 0x302 | CAN总线错误寄存器 |
| CANINTF | 0x303 | CAN总线中断标志寄存器 |
| CANINTE | 0x304 | CAN总线中断使能寄存器 |
| CANPOR | 0x305 | CAN总线输出端口寄存器 |
| CANPIR | 0x306 | CAN总线输入端口寄存器 |

#### 3.1.2 CANCON寄存器分析

CANCON寄存器是CAN总线控制寄存器的简称，其主要功能如下：

- **CANEN bit (bit 15)**：CAN总线使能位，置1启用CAN总线模块。
- **REQOP bit (bit 14)**：请求操作位，置1进入配置模式。
- **OPMOD<3:0> bits (bit 13:10)**：操作模式位，用于选择CAN总线的工作模式，包括：
- 0000：正常模式
- 0001：睡眠模式
- 0010：监听模式
- 0011：环回模式
- 0100：测试模式
- 0101：初始化模式
- 0110：禁用模式
- 0111：保留
- **BRP<10:0>