CAN总线接口电路 25页 0.4M

摘要

介绍了采用PHILIP公司生产的控制器局域网的高度集成的通信控制器SJA1000

和82C250作为收发器的CAN总线接口电路的硬件设计方法，介绍了控制器和收发器

及看门狗芯片的特点、内部结构、寄存器结构及地址分配，说明一种通用型CAN总线

的设计和开发.探讨应用中需注意的一些问题。

关键词：CAN总线；控制器；收发器；电路设计

I目次

摘要....................................................................I

1 绪论................................................................1

1.1 CAN总线简介.....................................................1

1.1.1 CAN协议...................................................1

1.1.2电气参数及信号表示.........................................2

1.2 CAN的主要技术特点...............................................2

1.3 CAN总线通信系统拓扑结构.........................................3

2 CAN总线接口电路设计.................................................3

2.1 总体方案设计....................................................3

2.2 各模块电路的设计................................................4

2.2.1单片机最小系统.............................................4

2.2.2 CAN总线接口控制电路设计...................................5

2.2.2.1SJA1000简介..........................................5

2.2.2.2基于SJA1000的控制电路设计...........................10

2.2.3 CAN总线收发电路设计......................................11

2.2.3.1CAN总线收发器82C250介绍.............................11

2.2.3.2基于82C250收发电路设计.............................14

2.2.4复位、监控电路设计........................................15

2.2.4.1X5045P简介...........................................15

2.2.4.2基于X5045P的电路设计................................18

2.2.5电源设计..................................................18

2.3 接口电路总体电路原理图.........................................19

3 结束语.............................................................21

参考文献..............................................................22

附录1: 接口电路总体电路原理图.........................................23

II

1 绪论

1.1 CAN总线简介

CAN[Control（Controller） Area Network]是控制(器)局域网的简称。CAN是一

种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，最初由德国Bosch公司80年代

用于汽车内部测试和控制仪器之间的数据通信。目前CAN 总线规范已被国际标准化组

织ISO制订为国际标准ISO11898，并得到了Motorola，Intel ，Philips等大半导体

器件生产厂家的支持，迅速推出各种集成有CAN协议的产品。目前CAN总线主要用于

汽车自动化领域，如发动机自动点火、注油、复杂的加速刹车控制（ASC）、抗锁定刹

车系统（ABS）和抗滑系统等。BENZ、BMW等著名汽车上已经采用CAN来满足上述功能。

在工业过程控制领域，CAN也得到了广泛的应用。

1.1.1 CAN协议

CAN总线采用分层结构，规范规定了任意两个节点之间的兼容性。包括电气特件

利数据解释协议。

CAN协议可分为：目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包括了ISO/OSI

定义的数据链路的所有功能。目标层的功能包括：确认要发送的信息；位应用层提供

接口。传送层功能包括：数据帧组织：总线仲裁：检错、错误报告、错误处理。

CAN总线以报文为单位进行信息交换，报文中含有标示符（ID），它既描述了数据

的含义又表明了报文的优先权。CAN总线上的各个协点都可主动发送数据。当同时有两个或两个以上的节点发送报文时，CAN控制器采用ID进行仲裁。ID控制节点对总

线的访问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停止发

送，总线空闲后，这些节点将自动重发报文。

CAN支持四类信息帧类型。

（1）数据帧 CAN协议有两种数据帧类型标准2.0A和标准2.0B。两者本质的

不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为l l位；在2.0B类型中ID为

29位。一个信息震中包括7个主要的域：

帧起始域——标志数据帧的开始，由一个显性位组成。

仲裁域——内容由标示符和远程传输请求位（RTR）组成，RTR用以表明此信息帧

是数据帧还是不包含任何数据的远地请求帧。当2.0A的数据帧和2.0B的数据帧必须

在同一条总线上传输时，首先判断其优先权，如果ID相同，则非扩展数据帧的优先

1权高于扩展数据帧。

控制域——r0、r1是保留位，作为扩展位，DLC表示一帧中数据字节的数目。

数据域——包含0～8字节的数据。

校验域——检验位错用的循环冗余校验域，共15位。

应答域——包括应答位和应答分隔符。正确接收到有效报文的接收站在应答期间

将总线值为显性电平。

帧结束——由七位隐性电平组成。

（2）远程帧 接受数据的节点可通过发远程帧请求源节点发送数据。它由6个域

组成：帧起始、仲裁域、控制域、校验域、应答域、帧结束。

（3）错误指示帧 由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报

文有误时，将自动发出“活动错误标志”其他节点检测到活动错误标志后发送“错误

认可标志”。

（4）超载帧 由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧结束后开始。

当接收方接收下一帧之前，需要过多的时间处理当前的数据，或在帧问空隙域检测到

显性电平时，则导致发送超载帧。

（5）帧间空隙 位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之间，由帧间空隙和总线空

闲状态组成。帧间空隙是必要的，在此期间， CAN不进行新的帧发送，为的是CAN控

制器在下次信息传递前有时间进行内部处理操作。当总线空闲时CAN控制器方可发送

数据。

1.1.2电气参数及信号表示 总线上的数据采用不归零编码方式（NRZ），可具有两种互补的逻辑值之一：显性

及隐性。CAN总线中各节点使用相同的位速率。它的每位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1及相位缓冲段2组成。发送器在同步段前改变输出的位数值，接受器在两

个相位缓冲段间采样输入位值，而两个相位缓冲段长度可自由调节，以保证采样的可

靠性。另外，CAN总线采用时钟同步技术来保证通讯的同步。 1.2 CAN的主要技术特点

CAN网络上的节点不分主从，任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发

送信息，通信方式灵活，利用这一特点可方便地构成多机备份系统

CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送

接收数据，无需专门的"调度"

CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达

2本页已使用福昕阅读器进行编辑。福昕软件（Ｃ）２００５－２０１０，版权所有，仅供试用。1Mbps(此时通信距离最长为40m)。 CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032

种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。 1.3 CAN总线通信系统拓扑结构

CAN在物理结构上属于总线式通信网络。系统的组成如下图：

图1 CAN总线系统结构图 该系统由上位监控PC机、智能节点和现场设备三部分组成。上位监控PC机主要

负责对系统数据的接受与管理、控制命令的发送以及各控制单元动态参数和设备状态

的实时显示；智能节点可以使现场设备方便地连接到CAN总线上，主要负责对现场的

环境参数和设备状态进行监测，对采集来的数据进行打包处理并将处理古的数字信号

通过CAN通信控制器SJA1000发送到CAN总线。智能节点的设计和选择，对通信信号

的传输发送有很的影响，系统中的数据传送和接收，都是通过CAN总线接口实现。CAN

总线接口电路的设计，对CAN总线很是重要。本文正是基于此，对CAN总线接口电路

进行设计分析，给出一种设计方案。 2 CAN总线接口电路设计

2.1 总体方案设计

CAN 总线接口电路主要包括：单片机、控制器接口、总线收发器和看门狗电路等。

采用Philips公司生产的SJA1000控制器和与其配套的82C250CAN收发器。按照CAN

总线物理层协议选择总线介质，设计布线方案，连接成CAN网络。双绞屏蔽线可设两

套，在两套介质上同时进行信息传输，接收方只用一个介质。在冗余和非冗余段的连

接临界点处进行总线切换。

硬件电路的设计主要是CAN 通信控制器与微处理器之间和CAN总线收发器与物理

总线之间的接口电路的设计。CAN通信控制器是CAN总线接口电路的核心，主要完成

CAN的通信协议，而CAN总线收发器的主要功能是增大通信距离，提高系统的瞬间抗

干扰能力，保护总线，降低射频干扰（RFI），实现热防护等。看门狗电路主要是实现

对电路的监控和复位作用。

3本页已使用福昕阅读器进行编辑。福昕软件（Ｃ）２００５－２０１０，版权所有，仅供试用。