CAN总线接口电路设计

办公自动化杂志 一、概述 CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络，是一种高 性能、高可靠性、易开发和低成本的现场总线，是德国 Bosch公 司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 1 Mbps， 距离可达 10 km。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站 地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点 个数在理论上不受限制。由于 CAN总线具有较强的纠错能力， 支持差分收发，因而适合高干扰环境，并具有较远的传输距离。 因此，CAN协议对于许多领域的分布式测控很有吸引力。 CAN总线以目前技术条件较成熟的 IS0／0SI 模型为基 础，与其它网络相比，其信息传递的格式为报文。报文的长度 可以不同，但都是有限的。当总线空闲时任何已连接的单元 都可以开始发新的报文，报文以全网广播方式散发出去。各 接收站根据报文的内容而不是地址进行判决，不需在信息中 加入地址。 目前汽车上的网络连接方式主要采用 2条 CAN，一条用于 驱动系统的高速 CAN，速率达到 500 kb/s；另一条用于车身系 统的低速 CAN，速率是 100kb/s。驱动系统 CAN主要连接对象 是发动机控制器（ECU）、ABS控制器、安全气囊控制器、组合仪 表等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关 的系统。车身系统 CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯 光信号、雨刮电机等电器。因此有必要全面了解 CAN总线接口 和控制器。[1] 二、CAN通信控制器 CAN的通信协议主要由 CAN控制器完成。CAN控制器主 要由实现 CAN总线协议的部分和实现与微处理器接口部分的 电路组成。对于不同型号的 CAN总线通信控制器，实现 CAN 协议部分电路的结构和功能大多相同，而与微处理器接口部分 的结构和方式存在一些差异。目前生产 CAN器件的知名厂商 有：Intel、PHILIPS等。其 CAN器件既有独立 CAN控制器，也有 包含 CAN内核的微控制器和 DSP等。[4] 这里主要以独立 CAN控制器 SJA1000 为代表对 CAN控 制器的功能作一个简单介绍。 CAN总线接口电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 杨 晶 （昆明理工大学 昆明 650031） 摘 要本文介绍了 CAN总线的主要性能及特点，CAN总线在实际工业应用中的总体结构，同时给出了 CAN总线协议转换器的 硬件设计方法和通信协议。主要研究了 CAN总线接口电路设计，把所设计的总线接口电路由微处理器、CAN控制器、CAN总线收 发器组成，并且详细介绍了 CAN控制器、CAN收发器的功能以及 CAN总线接口的硬件电路和硬件条件下的软件设计，主要为后 续 CAN总线接口电路的应用打下了基础。 关键词 CAN总线 SJA1000 接口 中图分类号 TN915.02;TP313 文献标识码 A 文章编号 091204- 5249 Des ign of CAN Bus Interface Circuit Yang Jing （Kunming University of Technology Kunming 650031） Abstract In this paper, we descript the main CAN bus performance and features, and CAN bus used in industrial structure, and given the CAN bus protocol converters, the hardware design methods and communication protocols. CAN bus on the main interface circuit design, designed by the bus interface circuits and the microprocessor, CAN controller, CAN bus transceiver components, and details of the CAN controller, CAN transceiver of the CAN Bus interface and features of the hardware as well as software under the conditions of the hardware design, mainly for follow- up CAN laid the foundation for application. Keywords CAN bus SJA1000 Interface 图 1 CAN通信控制器的硬件电路结构框图 总第 172期 2010年 1月 Tech Vocabulary 技术 词汇 英语3500词汇语境记忆pets3考试词汇二年级反义词和近义词初中词汇词汇大全考研英语二高频词汇表 34· · 办公自动化杂志 SJA1000是适用于汽车和一般工业环境的独立 CAN控制 器。SJA1000是一种独立的 CAN控制器，主要用于移动目标和 一般工业环境中的区域网络控制。它是 Philips 公司 PCA82C200控制器的替代产品，除了 PCA82C200 的 BasicCAN 操作模式以外，还增加了一种新的操作模式———PeliCAN，这种 模式支持具有很多新特性的 CAN2.0B协议。 三、硬件实现 CAN总线通信控制器的硬件电路结构如图 1所示。主要包 括主控制器、时钟保持电路、非易失性 EEPROM存储器、CAN 总线接口电路和 RS232接口电路。主控制器采用性价比高、结 构简单、便于编程的 AT89C51单片机，主要用于对 CAN控制器 SJA1000 及 RS232 串口的初始化，并通过对 CAN 控制器 SJA1000及 RS232串口的控制操作实现现场 CAN总线与管理 层中央服务器 PC的数据交换等通信任务。[2] CAN 总线接口电路的构成主要由 CAN 通信控制器 SJA1000、高速光耦 6N137和 CAN总线驱动器 82C250 组成。 SJA1000 作为 CAN总线协议转换的控制器，它内建 BASIC CAN协议，并提供对 CAN2.0B协议的支持。通过对片内寄存器 的读、写操作，主控制器单片机能够设置 CAN总线通信模式， 实现数据的发送与接收。 SJA1000 在逻辑上实现了传输数据的编码和解码 [6]，若要 与物理线路连接，还必须借助总线驱动器 82C250，以增强 CAN 总线的差动发送和接收驱动能力。为了增强 CAN总线节点的 抗干扰能力，防止线路间串扰，SJA1000的 TX0和 RXO并不是 直接与 82C250 的 TXD 和 RXD 相连，而是通过高速光耦 6N137后再与 82C250相连；另外，CAN总线驱动器采用带隔离 的 DC/DC模块单独供电，实现了通信控制器与 CAN总线的隔 离，提高系统的可靠性。图 2给出了 CAN总线系统硬件电路原 理图。 这里我们采用 PCA82C250作为驱动收发器 [5]，它是 CAN 控制器和物理传输线路之间的接口。它们可以用高达 1Mb／s 的位速率实现在两条差动电压总线电缆上的数据传输。82C250 的 CANH 和 CANL引脚各自通过一热敏电阻与 CAN总线相 连，当过流时电阻发热阻值变大，保护 82C250免受过流的冲 击。CANH和 CANL与地之间并联两个小电容，可以起到滤除 总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。 RS232接口电路主要用于主控制器单片机与管理层中央 服务器 PC的双向数据传送。由于采用了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的 RS232串行通 信，结构简单、成本低。CAN总线系统电路主要由四部分所构 成：微控制器 89C51，CAN控制器 SJA1000，CAN总线收发器 82C250 和高速光电耦合器 6N137 微处理器。 89C51 负责 SJA1000的初始化，通过控制 SJA1000实现数据的接收和发送 等通信任务。[3] SJA1000的 AD0～ Dl7 连接到 89C51 的 Po口，CS连接到 89C51 的 P2．0，P2．0 为 0 的 CPU 片外存贮器地址可选中 SJAIOOO，CPU通过这些地址可对 SJAlO0O执行相应的读写操 作。SJAl0OO的 RD、WR、ALE分别与 89c51的对应引脚相连。 INT接 89c51的 INT0，89C51也可通过中断方式访问 SJA1000。 SJAIOOO和 82C25O分别使用物理隔离的电源供电，是为了增 强系统的抗干扰能力和可靠性。不过应该特别说明的一点是光 耦部分电路所采用的两个电源 vI3C和 VDD必须完全隔离，否 则采用光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率电 源隔离模块或带多 5V隔离输出的开关电源模块实现。这些部 分虽然增加了节点的复杂，但是却提高了节点的稳定性和安全 性。控制器的其它外围电路还有电源模块、非易失性 EEPROM 存储器、时钟保持电路、LED指示灯和看门狗等。非易失性 EEPROM存储器采用具有 2KB容量的 AT24C02，用于保存系 统配置参数及各节点的最新信息，便于管理层的查询。时钟保 持电路选用涓流充电时钟芯片 DS1302，其内部 含有实时时钟和日历，通过简单的串行接口与 单片机进行通信，用于给各节点控制器校时。同 时,控制器还配置了 4个 LED指示灯，分别用于 系统上电、CAN通信、RS232通信和系统通信故 障的指示，以方便系统的调试和对控制器运行 状况的监测。[7] 四、软件实现 CAN总线接口的软件设计主要包括三大部 分：CAN控制器 SJA1000的初始化设置，报文发 送和报文接收。熟悉这三部分程序的设计就能 编写出利用 CAN总线进行通信的一般应用程序。下面仅就前 面提到的 SJA1OOO的初始化子程序作一描述，以供大家在实 际应用中参考。程序主流程图如图 3所示，CAN控制器的初始 化是 CAN总线系统设计中极为重要的一部分，是系统正常工 作的前提。CAN控制器从上电到能正常工作，一般需要经过硬 件复位和软件配置。SJA1OOO的初始化设置是在复位模式下进 行的。初始化主要包括工作方式的设置、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。在完成 SJA1000的 初始化设置以后，SIA1OOO就可以回到工作状态，进行正常的 通信任务。 本系统中远程采集单元的接收码寄存器为该远程采集单 元编号，接收码为全部相关，即接收屏蔽码寄存器设置为 00H。 总线定时器 O、定时器 1用于总线传输速度的设定。输出控制 器寄存器用于设置总线输出驱动方式。总线上所有节点的定时 器 O、定时器 1、输出控制寄存器的设置要相同，否则，总线系统 不能正常工作。程序主流程图如图 3 所示，图 4 给出了 SJA1OOO在 BasicCAN模式下的初始化程序。 图 2 CAN总线系统硬件电路原理图 （下转第 45页） 2010年 1月 Tech Vocabulary 技术 词汇 总第 172期 35· · Administrator 下划线 办公自动化杂志 图 3 控制器软件流程图 五、结束语 上述介绍的是 SJA1000 工作在 BasieCAN模式下的最基本的 通信方式。实践证明，由于采用了 CAN总线技术，不仅系统结构简 单、适应性和可扩展性强，而且 CAN总线以其分时多主、非破坏性 总线仲裁和自动检错重发的技术特点有效地提高了通信的可靠 性，从而使现场调试更加方便、缩短了开发周期。当然要将 CAN总 线应用于通信任务比较复杂的系统中，还需详细了解有关总线错 误处理、总线脱离处理、接收滤波处理、波特率参数设置和自动检 测以及总线通信距离和节点数的计算等方面的内容。 参考文献 [1]夏继强.现场总线工业控制网络技术[J]．北京。北京航空航 天大学出版社，2005． [2]陆前锋.基于 SIAlOOO的 CAN总线智能控制系统设计[J]． 自动化技术与应用，2003，(1)． [3]徐利梅,童明俶.现场总线及其在楼宇自控系统中的应用[J]. 智能建筑与城市信息，2003(7) [4]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线 CAN原理与应用技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2003 [5]PHILIPS SJA1000 Data Handbook[H].PHILIPS Semiconductors Corpoation，1999． [6]PHILIPS PCA82C250 Data Handbook [H].PHILIPS Semicon- ductors Corporation，1999． [7]IDT 7132SA／LAHigh- Speed Dual- Port Static SRAM Datasheet[H]，The IDT Product&Company Information CD，1999 作者简介 杨 晶（1981~）汉 昆明理工大学，助工，研究方向：通信与信 息系统。 P2P系统自身安全、网络环境安全，甚至涉及互联网发展、数字 内容产业发展、国家安全等方面。因此，有必要构建一个完整的 P2P安全体系，保障应用，促进产业发展，实现“监控、监管、安 全保障”的 P2P安全目标。 1、建立 P2P 的信任体系 P2P技术能否发挥更大的作用，取决于它能否在网络节点 之间建立起信任关系。考虑到集中式的节点信任管理既复杂又 不一定可靠，P2P网络中应该考虑对等诚信模型。实际上，对等 诚信由于具有灵活性、针对性并且不需要复杂的集中管理，可 能是未来各种网络加强信任管理的必然选择，而不仅仅局限于 对等网络。对等诚信的一个关键是量化节点的信誉度，或者说 需要建立一个基于 P2P的信誉度模型。信誉度模型通过预测网 络的状态来提高分布式系统的可靠性。 2、数字版权保护管理 DRM 数字版权管理是指采用包括信息安全技术手段在内的系 统解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，在保证合法的、具有权限的用户对数字媒体内容 （如数字图像、音频、视频等）正常使用的同时，保护数字媒体创 作者和拥有者的版权，并根据版权信息获得合法收益，而且在 版权受到侵害时能够鉴别数字信息的版权归属及版权信息的 真伪。数字版权保护不是密码技术的简单应用，也不是将受保 护的内容从服务器传递到客户端并用某种方式限制其使用的 简单机制。内容提供者希望通过使用 DRM，保护数字作品的版 权，促进数字化市场的发展。 3、P2P 网络安全与自身结点安全 P2P网络属于分布式的网络体系结构，可以采用传统的网 络安全技术，如防火墙、VPN和 RADIUS等。 4、P2P 对等节点之间的通信安全 主要包括节点之间的双向认证、节点通过认证之后的访问 权限、认证的节点之间建立安全隧道和信息的安全传输等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。目前比较可行的方案是采用安全遂道（网络层、传输层和应 用层安全隧道），结合数据加密、身份认证、数字签名等技术来 解决信息安全中的机密性、真实性、完整性、不可否认性和存取 控制安全等问题。 四、结束语 近几年 P2P技术得到了飞速的发展，也出现了较多的应 用。但截止目前，P2P技术中仍有许多关键的技术问题并没有 得到解决。相信随着对 P2P技术研究的不断深入，人们能够对 P2P有一个更深入的认识并解决目前 P2P领域中大部分科学 问题。可以预见，P2P所带来的技术创新和应用还将继续。 参考文献 [1]俞银燕,汤 帜.数字版权保护技术研究综述[J]. 计算机 学报，2005.12. [2]张 强.互联网的内容安全及其保护措施的探讨[J].网络 安全技术与应用，2005.8. [3]李 乐，候整风 .PeertoPeer 网络安全分析[J].福建电脑， 2006.1. [4]贾 钊,王蕊楠,陶 波. P2P网络安全综述[J].网络安全技 术与应用, 2008.3. 作者简介 赵 星（1982~） 男 陕西人，讲师，学士，研究方向：网站 建设。 窦小雨（1983~）男陕西人讲师，学士，研究方向：网站建设。 （上接第 35页） CAN初始化子函数 void can_init() { uchar i； CON_ REG=0x01； for(i=0；i< 5；i+ +) {(- nop_()；} ACC_C_REG=address； ACC_M_REG=0x00； TLM0_ REG=0x53； TIM1_REG=0x2f； OUT_C_REG=0xaa； CON_REG=Oxfe； } 图 4 初始化的 C 代码程序 总第 172期 2010年 1月 Networks Security 网络 安全 45· ·