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CAN总线数据通信系统的设计
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更新于2023-03-03
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现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。 本系统要在单片机中实现CAN总线的接口,通过CAN总线,实现两个模块之间的数据通讯。
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CAN 总线数据通信系统的设计
目 录
摘要.....................................................................................................................................1
第 1 章 绪论........................................................................................................................3
1.1 CAN 总线介绍..............................................................................................................3
1.2 CAN 总线特点..............................................................................................................4
第 2 章 设计方案................................................................................................................6
2.1 硬件设计方案...............................................................................................................6
2.2 软件设计方案...............................................................................................................8
第 3 章 硬件连接与说明....................................................................................................9
3.1 硬件连接.......................................................................................................................9
3.1.1 模块使用说明............................................................................................................9
3.1.2 实验箱连线..............................................................................................................10
3.2 CAN 总线控制器 SJA1000........................................................................................10
3.3 CAN 控制器接口 PCA82C250..................................................................................10
第 4 章 软件流程图及说明..............................................................................................11
4.1 软件流程图.................................................................................................................11
4.1.1 主程序流程图..........................................................................................................11
4.1.2 初始化子程序流程图..............................................................................................12
4.1.3 发送数据子程序流程图..........................................................................................12
4.1.4 接收数据子程序流程图..........................................................................................13
4.2 软件实现过程.............................................................................................................13
第 5 章 结论......................................................................................................................15
参考文献...........................................................................................................................17
附录 系统程序..................................................................................................................18
CAN 总线数据通信系统的设计
摘要
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计
算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通
信提供了强有力的技术支持。
CAN(Controller Area Network)
属于现场总线的范
1
畴,是一种多主方式的串行通讯总线,数据通信实时性强。与其它现场总线比
较而言,
CAN
总线具有通信速率高、容易实现、可靠性高、性价比高等诸多特
点。
本系统要在单片机中实现CAN总线的接口,通过CAN总线,实现两个模块
之间的数据通讯。系统主要由四部分所构成:PC机、微控制器80C51、独立
CAN通信控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250。微处理器80C51负责
SJA1000的初始化,通过控制SJA1000实现数据的发送和接收等通信任务。CAN
总线节点的软件设计主要包括三大部分:CAN节点初始化、报文发送和报文接
收。
本系统通过扩展 CAN 总线控制器 SJA1000,在单片机系统中实现了 CAN 总
线的接口,并且编写了 SJA1000 的驱动程序,通过读写其中的内部寄存器,完
成工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器(AMR)和接收代
码寄存器(ACR)的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器(IER)的设置
等基本操作;利用各基本操作,完成了对 SJA1000 的初始化,并且实现了数据
发送和接收。
2
第 1 章 绪论
1.1 CAN 总线介绍
CAN 是 Controller Area Network 的缩写,是 ISO 国际标准化的串行通信协
议。在当前的汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本
的要求,各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用
的数据类型及对可靠性的要求不尽相同,由多条总线构成的情况很多,线束的
数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个 LAN,进行大量数据的高
速通信”的需要,1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的 CAN 通信协议。
此后,CAN 通过 ISO11898 及 ISO11519 进行了标准化,现在在欧洲已是汽车网
络的标准协议。
现在,CAN 的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、
船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热
点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现
各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持
[1]
。
CAN 属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串
行通信网络
[2]
。较之目前许多 RS-485 基于 R 线构建的分布式控制系统而言,基
于 CAN 总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性:
首先,CAN 控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优
先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,
且 CAN 协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的
节点同时接收到相同的数据,这些特点使得 CAN 总线构成的网络各节点之间的
数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。
而利用 RS-485 只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进
行,系统的实时性、可靠性较差;
其次,CAN 总线通过 CAN 收发器接口芯片 82C250 的两个输出端 CANH
和 CANL 与物 理总线相连 ,而 CANH 端 的状 态只 能是 高电 平或 悬浮 状态 ,
3
CANL 端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在 RS-485 网络中,当
系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损
坏某些节点的现象
[3]
。而且 CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功
能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因
个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。而且,CAN 具有的完善的通信
协议可由 CAN 控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,
缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的 RS-485 所无法比拟的。
另外,与其它现场总线比较而言,CAN 总线是具有通信速率高、容易实现、
且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线
[4]
。这些也是目前
CAN 总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。
CAN 即控制器局域网络,属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相
比,CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的
性能及独特的设计,CAN 总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用
是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,如 BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、
PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和 JAGUAR(美洲豹)等都采用了
CAN 总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时,
由于 CAN 总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动
控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、
数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN 已经形成国际标准,并已被公
认 为 几 种 最 有 前 途 的 现 场 总 线 之 一 。 其 典 型 的 应 用 协 议 有 : SAE
J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000 等。
1.2 CAN 总线特点
CAN 总线是德国 BOSCH 公司从 80 年代初为解决现代汽车中众多的控制与
测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议,它是一种多主总线,
通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达 1MBPS。
1. CAN 总线通信接口中集成了 CAN 协议的物理层和数据链路层功能,可
完成对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先
4
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