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多通道实时CAN总线模拟器设计作者：王会敏张遂南来源：《现代电子技术》2009年第22期摘要:为了满足CAN总线在实际通信应用中高实时性和高可靠性的要求,通过对CAN总线通信协议的研究,提出并设计一种由单片机负责控制的多通道实时CAN总线模拟器的设计方案。
该方案在硬件设计上以可编程逻辑技术为基础,采用复杂可编程逻辑器件(CPLD),结合硬件描述语言VHDL,实现了单片机与CAN控制器之间逻辑控制单元的设计。
通过在Xilinx ISE平台下对该程序进行编译和综合,在Modelsim 环境下进行仿真测试,证实了该方案的可行性。
通过实际工程的验证和使用结果表明,该设计方案满足实际通信的要求。
着重阐述整个系统的设计过程,并给出了关键技术的设计思路与重要部分代码。
关键词:CAN;实时性;单片机中图分类号:TP274CAN总线与一般的串行通信总线相比,它的数据通信具有可靠性高,实时性高,灵活性强等优点,不仅广泛应用于汽车行业,而且扩展到了机械工业、机器人、数控机床等诸多领域。
尤其在大量数据通信处理中,高可靠性及实时响应的场合,单通道CAN总线不能满足实际通信的要求。
为此,介绍一种基于多通道实时CAN模拟器的设计方案。
1 CAN总线技术介绍1.1 CAN总线特性CAN(Controller Area Network)总线是一种串行多主站控制器局域网总线。
它具有很高的网络安全性、通信可靠性和实时性,并且简单实用,网络成本低。
它主要用于各种过程监测及控制的一种网络。
CAN最初是由德国BOSCH公司为汽车的监测、控制系统而设计的。
由于CAN 总线具有卓越的特性和极高的可靠性,特别适合于工业过程中监控设备的互连,具体来说,CAN具有如下特性(1) CAN可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活(2) CAN可以点对点、点对多点(成组)及全局广播方式传送接收数据(3) CAN网络上的节点信息可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求(4) CAN采用非破坏性总线仲载技术。
1. General descriptionPCA82C250是CAN协议控制器和物理总线之间的接口。
该器件为总线提供差分传输功能，为CAN控制器提供差分接收功能。
它主要用于高速汽车应用（最大1 MBd）。
该设备为总线提供差分发送功能，为CAN控制器提供差分接收功能。
它与“ ISO 11898”标准完全兼容。
2. Features and benefits●完全兼容“ ISO 11898”标准●高速（高达1 MBd）●防止汽车环境中瞬变的总线●斜率控制以减少射频干扰（RFI）●具有宽共模范围的差分接收器具有很高的抗干扰能力●电磁干扰（EMI）●热保护●电池和接地短路保护●低电流待机模式●断电的节点不会干扰总线●至少可以连接110个节点3. Applications高速汽车应用（高达1 MBd）。
4. Quick reference dataTable 1. Quick reference dataSymbol Parameter Conditions Min Max UnitV CC supply voltage 4.5 5.5 VI CC supply current Standby mode - 170 A1/t bit maximum transmission speed non-return-to-zero 1 - MBdV CAN CANH, CANL input/output voltage 8 +18 VV diff differential bus voltage 1.5 3.0 Vt PD propagation delay High-speed mode - 50 nsT amb ambient temperature -40 +125 C5. Ordering informationTable 2. Ordering informationType number PackageName Description Version PCA82C250T SO8 plastic small outline package; 8 leads; body width 3.9 mm SOT96-1 6. Block diagram7. Pinning information7.1 Pinning7.2 Pin descriptionTable 3. Pin descriptionSymbol Pin DescriptionTXD 1 transmit data inputGND 2 groundV CC 3 supply voltageRXD 4 receive data outputV ref 5 reference voltage outputCANL 6 LOW-level CAN voltage input/outputCANH 7 HIGH-level CAN voltage input/outputRs 8 slope resistor input8. Functional descriptionP CA82C250是CAN协议控制器和物理总线之间的接口。
图1 SIT82C250引脚分布图特点：完全兼容“ISO 11898-12V ”标准， 可应用于12V 电源系统；Rs 脚斜率控制以降低RFI ； 内置过温保护； 过流保护功能； 低电流待机模式未上电节点不干扰总线；至少允许110个节点连接到总线； 高速CAN ，传输速率可达到1Mbps ；高抗电磁干扰能力；产品外形：描述SIT82C250是一款应用于CAN 协议控制器和物理总线之间的接口芯片，可应用于小汽车、工业控制等领域，速率可达到1Mbps ，具有在总线与CAN 协议控制器之间进行差分信号传输的能力。
提供绿色环保无铅封装极限参数最大极限参数值是指超过这些值可能会使器件发生不可恢复的损坏。
在这些条件之下是不利于器件正常运作的，器件连续工作在最大允许额定值下可能影响器件可靠性，所有的电压的参考点为地。
引脚定义总线发送器直流特性（如无另外说明，V CC=5V±10% ,Temp=T MIN~T MAX，典型值在V CC=+5V，Temp＝25℃）总线接收器直流特性高电平输出电压Pin4 I4=-100uA 0.8V CC V CC V（如无另外说明，V CC=5V±10% ,Temp=T MIN~T MAX，典型值在V CC=+5V，Temp＝25℃,V1=4V；Pin6与Pin7由外部驱动，-2V<（V6,7）<7V）NOTE1：包括高速、斜率控制与待机模式。
参考电压输出（如无另外说明，V CC=5V±10% ,Temp=T MIN~T MAX，典型值在V CC=+5V，Temp＝25℃）动态特性参数（如无另外说明，RL=60Ω；CL=100pF；见图2，图3）（如无另外说明，V CC=5V±10% ,Temp=T MIN~T MAX，典型值在V CC=+5V，Temp＝25℃）待机与斜率控制（pin8）（如无另外说明，V CC=5V±10% ,Temp=T MIN~T MAX，典型值在V CC=+5V，Temp＝25℃）供电电流（如无另外说明，VCC=5V±10% ,Temp=T MIN~T MAX，典型值在VCC=+5V，Temp＝25℃）NOTE2：I1=I4=I5=0mA; 0V<V6,V7<V CC;V8=V CC;T amb<90℃功能表表1 CAN收发器真值表(1)：不关心(2)：如果总线上其它节点在传输显性位，则RXD=0。
