随着现场总线概念的出现到现在的近20年时间里，已经出现了好几种现场总线技术并走向成熟。其中CAN总线已被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN是一种由带有CAN控制器组成的高性能串行数据局域通信网络，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。由于其具有通信速度快、可靠性高和性能价格比好等突出优点，它正越拉越广泛地应用于汽车、机械工业、纺织机械、农业用机械、机器人、数控机床、医疗器械、家用电器及传感器等领域。图1所示是典型的CAN总线节点的系统框图。



图1 CAN总线节点图

一、 系统硬件设计

SJA1000独立CAN控制器是PHILIPS公司PCA82C200CAN控制器的替代产品，它是在完全兼容PCA82C200的基础上，增加了一种新的工作模式PeliCAN，SJA1000完全支持具有很多新特性的CAN2.0B协议。SJA1000的工作模式通过其内部的时钟分频寄存器中的CAN模式为来选择。SJA1000可以支持多种为处理器的时序特性，如Intel模式或Motorla模式，SJA1000与微处理器的接口非常简单，微处理器以访问外部存储器的方式来访问SJA1000。

TJA1050是控制器局域网CAN协议控制器和物理总线之间的接口，TJA1050可以为总线提供不同的发送性能，为CAN控制器提供不同的接收性能。TJA1050主要有以下特征：完全符合ISO 11898标准，最高速到达1Mb/S，输入级3.3V以及5V器件兼容，至少可以连接110个节点。本设计的微处理器为89C51负责初始化SJA1000及通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务，系统电路原理图如图2所示



图2 CAN电路原理图

CAN控制器SJA1000的数据线AD0~AD7连接到51单片机的P0口， 连接到基址为0XFA00的外部存储器片选信号，当访问地址0XFA00~0XFA31时，CPU可对SJA1000执行相应的读写操作。SJA1000的 、 、 分别与51对应的引脚相连， 接51的 使51可以通过中断方式访问SJA1000。

1、CAN总线连接

基于CAN总线的两个87C196单片机网络联接时,分别将单片机的CAN接收、发送两根线通过PCA82C250CAN总线收发器联接到CAN总线上,构成多微控制器CAN总线连接。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤,其总线连接如图1所示。
CAN总线连接

该网络最高通信速率为1Mbit/s,当传输速率为5Kbit/s时,最大通信距离可达10Km。在其CAN总线上可挂接多达110个网络节点,而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。其数据传输和接收可以是点对点、一点对多点或全局广播等方式进行。

2、87C196CA单片机

87C196CA是集成CAN2.0B总线控制器的高性能16位微处理器,特别适用于现场实时事件控制和分布式控制。片内的CAN控制器与Intel82527独立CAN控制器在软件上是兼容的,每个CAN控制器的输入、输出引脚由二根双绞线联接到CAN总线上。CAN控制器由一个输入引脚（RXCAN）、一个输出引脚（TXCAN）、控制和状态寄存器,错误探测和管理逻辑组成。图2为CAN控制器方框图。



CAN控制器方框图

3、CAN总线收发器

PCA82C250是CAN协议控制器和物理传输线路之间的接口,是影响网络性能的关键因素。它对总线提供差动发送能力,并对CAN控制器提供差动接收能力,其最高传输速率可达1Mbit/s。其主要特点是芯片内部具有限流电路,可以防止输出级对电源、地或负载短路;由于采用差动接收发方式,因此有较强的抗电磁干扰能力;具有低电流节电待机工作模式;该CAN总线收发器至少可以连接110个节点。利用PCA82C250还可以方便地在CAN控制器与驱动器之间建立光电隔离,以实现总线上各节点间的电气隔离。

二、系统软件设计

本设计的系统由4个节点组成，一个节点由上位机通过并口转CAN总线的数据收发器构成，另外3个节点有上图所示的单片机CAN总线收发系统构成。单片机系统每秒发送一帧（8个字节）数据。连接上位机的CAN总线收发器有相应的上位机测试软件支持，本文主要介绍单片机CAN总线收发器的程序设计。图3是下位机软件的流程图。



图3下位机主程序流程图

现场总线有着巨大的发展潜力，它将给自动控制领域的变革带来深远的影响。我们设计的CAN总线收发器具有通用性，在本系统设计的基础上只需要相应的修改数据传输协议即可应用于各个CAN总线的数传系统。

基于CAN总线的16位87C196CA单片机串行通讯,由于运用CAN总线技术,使电路设计简化、 紧凑、极大地提高了系统的可靠性、实时性,系统抗干扰性能强,成本较低,性能安装比高、安装维护简洁方便,更适于车辆控制、工厂自动化控制、电梯控制、医疗设备等,具有非常广阔的应用前景。