PIC单片机程序设计：CAN总线应用详解，实现可靠工业通信

# 1. PIC单片机程序设计概述

PIC单片机是一种广泛应用于嵌入式系统中的微控制器，其内部集成了丰富的外设资源，包括CAN（控制器局域网络）模块。CAN总线是一种高效、可靠的通信协议，广泛应用于汽车、工业自动化和医疗等领域。本章将概述PIC单片机程序设计中CAN总线应用的基本概念和设计流程。

# 2. CAN总线理论基础

### 2.1 CAN总线协议规范

CAN总线协议规范定义了CAN总线通信的规则和格式，包括帧格式、仲裁机制等。

#### 2.1.1 CAN总线帧格式

CAN总线帧由以下几个部分组成：

- 起始位（SOF）：一个显性位，表示帧的开始。
- 仲裁场（仲裁 ID）：标识帧优先级的字段。
- 控制场：包含帧类型、数据长度等信息。
- 数据场：包含要传输的数据。
- CRC场：用于检测帧传输过程中是否发生错误。
- 确认场（ACK）：接收方发送的显性位，表示帧已正确接收。
- 结束位（EOF）：一个显性位，表示帧的结束。

#### 2.1.2 CAN总线仲裁机制

CAN总线采用非破坏性仲裁机制，即优先级高的帧可以打断优先级低的帧的传输。仲裁 ID越小，帧的优先级越高。当多个帧同时发送时，仲裁 ID较小的帧将获得总线的控制权。

### 2.2 CAN总线物理层

CAN总线物理层定义了CAN总线的电气特性和拓扑结构。

#### 2.2.1 CAN总线拓扑结构

CAN总线采用总线拓扑结构，所有节点连接到同一条总线上。总线两端通常连接一个终端电阻，以减少信号反射。

#### 2.2.2 CAN总线电气特性

CAN总线采用差分信号传输，即在总线上发送两条信号线，分别为 CAN_H 和 CAN_L。差分信号可以消除共模干扰，提高信号的抗噪性。CAN总线的电气特性包括：

- 波特率：通常为 10kbps 至 1Mbps。
- 电压范围：通常为 2.5V 至 5V。
- 电流消耗：每个节点的电流消耗通常为几毫安。

# 3.1 PIC单片机CAN模块架构

#### 3.1.1 CAN模块寄存器

PIC单片机CAN模块包含多个寄存器，用于控制和配置CAN总线通信。主要寄存器包括：

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| C1CON | CAN控制寄存器，用于配置CAN模块的基本工作模式、中断使能等。 |
| C1INTE | CAN中断使能寄存器，用于使能或禁止CAN模块的各种中断源。 |
| C1INTF | CAN中断标志寄存器，用于指示CAN模块的各种中断源是否触发。 |
| C1PIR | CAN优先级寄存器，用于设置CAN模块的优先级。 |
| C1ECR | CAN错误计数寄存器，用于记录CAN模块发生的错误次数。 |
| C1TXD0-C1TXD7 | CAN发送数据寄存器，用于存储要发送的数据。 |
| C1RXD0-C1RXD7 | CAN接收数据寄存器，用于存储接收到的数据。 |
| C1FIFOCON | CAN FIFO控制寄存器，用于配置CAN模块的FIFO缓冲区。 |
| C1FIFOSTS | CAN FIFO状态寄存器，用于指示CAN模块的FIFO缓冲区的状态。 |
| C1TXB0CON-C1TXB2CON | CAN发送缓冲