1 概述
    作為一種技術(shù)*、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。例如，在汽車電子、自動(dòng)控制、智能大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控等各領(lǐng)域，CAN-bus都具有不可比擬的*性。
    根據(jù)各個(gè)不同應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本文提出了幾種CAN-bus應(yīng)用系統(tǒng)的硬件方案。
    2 基本CAN-bus節(jié)點(diǎn)
    2.1 應(yīng)用范圍
    ● 各種自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，比如樓宇自動(dòng)化、儀表自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、電機(jī)控制等
    ● 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸（≤ 10KM），工作速率可調(diào)（1Mbps≥ 通訊速率≥ 5Kbps）
    ● 升級(jí)原有的RS-485網(wǎng)絡(luò)
    ● 2線式通訊
    2.2 基本電路
    圖1 基本CAN節(jié)點(diǎn)原理圖
    2.3 電路特點(diǎn)
    可與應(yīng)用廣泛的80C51系列單片機(jī)直接接口，電路簡(jiǎn)單，使用方便；
    采用DC-DC模塊與光電隔離器件，可抑制電磁干擾，保護(hù)系統(tǒng)電路不受網(wǎng)絡(luò)影響；
    2線式通訊，各總線節(jié)點(diǎn)需自備電源供應(yīng)；
    根據(jù)通訊速率調(diào)整斜率電阻R33的值，一般在16K～140K之間。
    2.4 元件選型
    ● CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000，工作于BasicCAN模式或PeliCAN模式下，可直接與IN的80C51核MCU或MOTOROLA的MCU接口。
    ● CAN收發(fā)器采用PHILIPS的P82C250/251，可以在低至5Kbps的傳輸速率下工作，滿足遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的低速率要求。
    ● 采用高速光耦來實(shí)現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣隔離，保護(hù)控制系統(tǒng)電路。光耦選擇高速器件，推薦型號(hào)：6N137或TLP113，以滿足在zui高速率1Mbps下的電氣響應(yīng)。
    ● 為了保證系統(tǒng)能夠可靠工作，并提高抗*力，電路中采用隔離型DC/DC模塊向收發(fā)器電路供電。推薦采用定電壓輸入隔離非穩(wěn)壓?jiǎn)屋敵鲂虳C/DC模塊，隔離電壓≥1000VDC，推薦型號(hào)： B0505S-1W或B0505LS-1W，可以向收發(fā)器電路提供≤200mA的電流；也可以選擇IB0505LS-W75，可向收發(fā)器電路提供穩(wěn)定、低噪聲的5VDC，輸出電流≤150mA，并帶有輸出短路保護(hù)，且引腳與B0505LS-1W*兼容。
    ● 微處理器可以選用PHILIPS的P87C51X2，6 Clock下的zui高時(shí)鐘頻率可達(dá)30MHz，具有3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，雙DPTR，足以滿足CAN-BUS在zui高速率1Mbps下的應(yīng)用。
    2.5 軟件流程
    對(duì)于圖1所示的基本CAN節(jié)點(diǎn)，其控制軟件應(yīng)按模塊化設(shè)計(jì)，一般由以下幾個(gè)部分組成：
    SJA1000初始化模塊
    SJA1000接收數(shù)據(jù)模塊
    SJA1000發(fā)送任務(wù)模塊
    SJA1000錯(cuò)誤處理模塊
    其他系統(tǒng)任務(wù)模塊
    
    根據(jù)所處理任務(wù)的不同，“其他系統(tǒng)任務(wù)模塊”也有所不同。在這里，關(guān)于SJA1000的控制模塊程序設(shè)計(jì)，應(yīng)是系統(tǒng)的重點(diǎn)之一。各模塊之間的銜接關(guān)系如下圖所示：
    
    
    
     圖2 基本CAN節(jié)點(diǎn)軟件流程
    
    對(duì)于具有復(fù)雜功能的項(xiàng)目開發(fā)，建議采用RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）作為任務(wù)調(diào)度的核心程序，以節(jié)約開發(fā)時(shí)間，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。例如，可以采用KEIL C51中內(nèi)嵌的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTX51，或者采用uCOSII操作系統(tǒng)。其中，RTX51支持SJA1000芯片和P97C591芯片的內(nèi)聯(lián)CAN驅(qū)動(dòng)程序，免去了大量的芯片編程工作，可大大縮短項(xiàng)目的開發(fā)周期。
    
    3 向網(wǎng)絡(luò)供電的DeviceNet節(jié)點(diǎn)
    
    3.1 應(yīng)用范圍
    
    DeviceNet中的供電節(jié)點(diǎn)
    采用5線通訊
    高速數(shù)據(jù)通訊
    可以向網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)供電
    
    3.2 基本電路框圖
    
    
    
    圖3 DeviceNet中的向網(wǎng)絡(luò)供電節(jié)點(diǎn)功能框圖
    
    5線式通訊（信號(hào)線CAN_H、CAN_L；屏蔽線DRAIN、電源線CAN_V+、CAN_V-）
    主干線/分支線結(jié)構(gòu)
    zui多可支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)
    同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)供電（傳感器）和自供電（執(zhí)行器）設(shè)備
    可選數(shù)據(jù)通訊速率（125Kbps、250Kbps、500Kbps）
    可調(diào)整的電源結(jié)構(gòu)，大電流容量，以滿足各分類應(yīng)用的需要
    
    3.4 元件選型
    
    3.5 軟件開發(fā)流程框圖
    
    ● CAN控制器采用PHILIPS的獨(dú)立CAN控制器SJA1000芯片。如果僅作為小型傳感器或?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單功能電路，可以采用集成CAN控制器的PHILIPS P87C591微處理器芯片。
    
    ● CAN收發(fā)器選用PHILIPS的高速CAN收發(fā)器TJA1040或TJA1050，具有速率高、低功耗、電磁性能*等特點(diǎn)，自檢錯(cuò)能力強(qiáng)，還可工作于睡眠模式。
    
    ● 采用高速光耦來實(shí)現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣隔離，保護(hù)系統(tǒng)電路。光耦選擇高速器件，推薦型號(hào)：6N137或TLP113，以滿足在zui高速率500Kbps下的電氣響應(yīng)。
    
    ● 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)消耗電流的大小、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)電源標(biāo)準(zhǔn)來選擇電源模塊電路。第1組＋5V電源，如消耗電流≤50mA時(shí)，可采用線性穩(wěn)壓器，比如LM7805等；如電路消耗電流≥50mA時(shí)，采用開關(guān)電源作為電源供應(yīng)部件，比如LM2575、MC34063等。第2組＋5V電源，可采用DC-DC模塊實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)電源與網(wǎng)絡(luò)電源之間還應(yīng)該考慮采取合理的電氣隔離措施。根據(jù)以上因素，整個(gè)電源模塊電路可選用一體式的DC-DC模塊，例如：寬壓輸入定壓輸出隔離模塊WRD242405等
    
    用戶也可在輸出電流滿足DeviceNet協(xié)議要求的前提下自行選擇DC-DC電源。為了確保該系統(tǒng)的安全，建議在DC/DC模塊及系統(tǒng)的輸入和輸出端接TVS、共模扼流圈、極性保護(hù)，以防止雷擊、浪涌、極性反接，起良好的保護(hù)效果。
    
    ● 微處理器可以選用PHILIPS的P89C668芯片，內(nèi)含64K FLASH、8K RAM，可工作于6 Clock模式，晶振頻率可達(dá)30MHz，足以滿足在DeviceNetzui高波特率500Kbps下大量的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)采集、DeviceNet協(xié)議解析等復(fù)雜功能的應(yīng)用要求。
    
    基于DeviceNet協(xié)議的控制軟件開發(fā)，主要難點(diǎn)在于編寫符合DeviceNet協(xié)議的程序軟件。為提高開發(fā)效率，可以選擇購(gòu)買DeviceNet控制軟件模塊；這些軟件模塊由C語(yǔ)言編寫，易于理解，移植方便。
    
    需要注意：DeviceNet節(jié)點(diǎn)中主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)模型并不相同。一般來說，DeviceNet軟件開發(fā)流程如下所示：
    
    
    
    圖4 DeviceNet節(jié)點(diǎn)軟件開發(fā)流程
    
    4 由網(wǎng)絡(luò)供電的DeviceNet節(jié)點(diǎn)
    
    4.1 應(yīng)用范圍
    
    DeviceNet中由網(wǎng)絡(luò)供電的節(jié)點(diǎn)
    5線通訊
    高速數(shù)據(jù)通訊
    無(wú)需獨(dú)立輸入電源
    可用作為通用CAN-BUS節(jié)點(diǎn)
    適合于傳感器設(shè)備、微型執(zhí)行器設(shè)備
    
    4.2 基本電路框圖
    
    
    
    圖5 DeviceNet中的由網(wǎng)絡(luò)供電節(jié)點(diǎn)功能框圖
    
    4.3 元件選型
    
    CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000芯片。如果針對(duì)小型應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，可以采用集成CAN控制器的PHILIPS P87C591微處理器芯片。
    
    CAN收發(fā)器選用PHILIPS的高速CAN收發(fā)器TJA1040或TJA1050，具有速率高、低功耗、電磁性能*等特點(diǎn)，自檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可工作于睡眠模式。
    
    采用高速光耦來實(shí)現(xiàn)收發(fā)器與控制器之間的電氣隔離，保護(hù)系統(tǒng)電路。光耦選擇高速器件，推薦型號(hào)：6N137或TLP113，以滿足在zui高速率500Kbps下的電氣響應(yīng)。
    
    采用DC-DC模塊向應(yīng)用系統(tǒng)供應(yīng)電源，可有效抑制干擾，提高可靠性。由于網(wǎng)絡(luò)電源存在電壓波動(dòng)大（電壓波動(dòng)＞±30%）、干擾信號(hào)多等缺點(diǎn)，因此，應(yīng)該選擇寬電壓輸入隔離（隔離電壓≥1000VDC）穩(wěn)壓?jiǎn)屋敵鲂虳C/DC模塊給系統(tǒng)供電。推薦型號(hào)：金升陽(yáng)的PH2405S-01（Vin：9～27VDC，Vout：5VDC，Iout ：100～200mA）；或者，根據(jù)具體應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)核所需功率不同，也可選用PH2405D-03（Vin：9～27VDC，Vout：5VDC，Iout ：≤500mA）。為確保該系統(tǒng)的安全，建議在DC/DC模塊及系統(tǒng)的前端接TVS、共模扼流圈、極性保護(hù)，以防止雷擊、浪涌、極性反接，起良好的保護(hù)效果。
    
     微處理器可以選用PHILIPS的P87C58X2芯片，內(nèi)含32K EPROM，可工作于6 Clock模式，晶振頻率可達(dá)30MHz，滿足DeviceNet的通訊任務(wù)編程要求。
    
    4.4 軟件開發(fā)流程框圖
    
    軟件開發(fā)流程與圖4相同。
    
    5 推薦開發(fā)工具
    
    仿真器： 采用HOOKS技術(shù)的TKS系列仿真器 等
    調(diào)試工具 DP-51下載實(shí)驗(yàn)儀、DP-668下載實(shí)驗(yàn)儀 等
    調(diào)試環(huán)境： Keil C51、TKStudio 等
    實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)： Keil RTX51、uCOSII 等
    CAN分析工具： ZLGCAN接口卡、ZLGCANTEST通用測(cè)試軟件
    分析軟件： CANalyst 分析軟件
    
    
    
    
    
    附錄C：SJA1000標(biāo)準(zhǔn)波特率
    
    SJA1000獨(dú)立CAN控制器的CAN通訊波特率由寄存器BTR0、BTR1、晶振等參數(shù)共同決定。下表列出了一組推薦的BTR0、BTR1設(shè)置值，標(biāo)注＊符號(hào)的值是由CiA協(xié)會(huì)推薦的標(biāo)準(zhǔn)值。
    
    
    
    建議采用16MHz作為SJA1000的工作晶振。用戶也可以根據(jù)SJA1000器件配套的參考資料自行計(jì)算合適的寄存器BTR0、BTR1設(shè)置值。
    
    P87C591的CAN通訊波特率采用同SJA1000一致的計(jì)算方法。
    
    參考資料：
    
    《SJA1000獨(dú)立的CAN控制器》
    《SJA1000獨(dú)立的CAN控制器應(yīng)用指南》
    《確定SJA1000 CAN控制器的位定時(shí)參數(shù)》