基于单片机的CAN总线通讯设计

目 录

一、 设计目的.............................................................................................................1

一.1 Can 总线概述......................................................................................................1

一.1.1 Can 总线的特点.............................................................................................1

一.1.2 Can 总线发展.................................................................................................1

一.1.3 Can 总线的数据帧组成.................................................................................2

一.1.4 数据错误检测.................................................................................................3

二、 设计内容.............................................................................................................3

三.2 温度测试结果.....................................................................................................9

四、 体会...................................................................................................................10

主要参考文献.............................................................................................................11

附录.............................................................................................................................12

I

一、设计目的

CAN (Controller Area Network)即控制器局域网络,最初是由德国 Bosch 公司

为汽车的检测、控制系统而设计的,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。由于 CAN 总线本身的特点,其应用范围目前已不

一.1 Can 总线概述

CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN），是 ISO 国际标

准化的串行通信协议。在汽车产业中，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，在欧

洲已是汽车网络的标准协议。

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、

通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率最高可达 1Mbps。

1. 完成对通信数据的成帧处理。

2. 使网络内的节点个数在理论上不受限制。

3. 可在各节点之间实现自由通信。

4. 结构简单。

5. 传输距离和速率

一.1.2 Can 总线发展

控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是 BOSCH 公司

1

为现代汽车应用领域推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实

时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器

型机为核心，将 5C 技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制

技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE

（转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故

障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显

的优越性。

典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。

现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现

场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应

用已成为工业数据总线领域的热点。尽管对现场总线的研究尚未能提出一个完

善的标准，但现场总线的高性能价格必将吸引众多工业控制系统采用。同时，

正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥

2.0B 给出了标准的和扩展的两种报文格式，提供 29 位地址。此后，1993 年 11

月 ISO 正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网

（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了

道路。

一.1.3 Can 总线的数据帧组成

1. 远程帧

远程帧由 6 个场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC 场、应答场和帧结

束。远程帧不存在数据场。

远程帧的 RTR 位必须是隐位。

DLC 的数据值是独立的，它可以是 0～8 中的任何数值，为对应数据帧的数

2

认可错误标志（Passive error flag），由 6 个连续的隐位组成。

错误界定符包括 8 个隐位。

一.1.4 数据错误检测

不同于其它总线，CAN 协议不能使用应答信息。事实上，它可以将发生的

任何错误用信号发出。CAN 协议可使用五种检查错误的方法，其中前三种为基

于报文内容检查。

1. 循环冗余检查（CRC)

在一帧报文中加入冗余检查位可保证报文正确。接收站通过 CRC 可判断报

文是否有错。

2. 帧检查

这种方法通过位场检查帧的格式和大小来确定报文的正确性，用于检查格

式上的错误。

以观测总线电平并探测发送位和接收位的差异。

5. 位填充

一帧报文中的每一位都由不归零码表示，可保证位编码的最大效率。然而 ，

如果在一帧报文中有太多相同电平的位，就有可能失去同步。为保证同步，同

步沿用位填充产生。在五个连续相等位后，发送站自动插入一个与之互补的补

码位；接收时，这个填充位被自动丢掉。例如，五个连续的低电平位后， CAN

自动插入一个高电平位。CAN 通过这种编码规则检查错误，如果在一帧报文中

有 6 个相同位，CAN 就知道发生了错误。

二、设计内容

本设计用 51 单片机编程控制 SCJ1000 和 MCP2515 分别对 CAN 总线上的数

3

输速率可达 1Mbps。MCU 可以通过 MCP2515 与 CAN 总线上的其他 MCU 进行

通信。MCP2515 内含 3 个 14 字节的发送缓冲器，2 个 14 字节的接收缓冲 器，

并且具有灵活的中断能力、帧屏蔽和过滤、帧优先级设定等特性。这些特点使

得 MCU 对于 CAN 总线的操作变得非常简单。

图 2-5 为 MCP2515 的内部结构与工作原理图，其中 CAN 模块包括 CAN 协

议机和发送、接收缓冲器以及他们的屏蔽器、过滤器。CAN 协议机主要负责与

CAN 总线的接口,SPI 接口逻辑负责实现与 MCU 的接口，而缓冲器、过滤器组

和控制逻辑以及与之相关的位定时发生器、控制和中断寄存器则负责实现各种

工作模式的设定和操作控制。

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