CAN總線最早是德國的BOSCH公司為解決汽車的監(jiān)測，控制系統(tǒng)而設計的。現(xiàn)在，已由汽車行業(yè)擴展到過程工業(yè)，機械工業(yè)，機器人和樓宇自動化等領域?？偨Y各個領域中的應用實例，CAN通信設計的關鍵在于各個通信模塊的設計與實現(xiàn)。通信信號一般有模擬量輸入／輸出(電壓電流采集模塊)，開關量輸入＼輸出，數(shù)字量輸入＼輸出(如計數(shù)器模塊)等。本文重點就模擬量輸入模塊和開關量輸入模塊的設計，采用具有CAN接口的C8051F550單片機作為系統(tǒng)設計的從節(jié)點，用來采集模擬量和開關量，實現(xiàn)與上位機中央控制器的通信。

1 CAN總線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)

如圖1所示，本設計中通過帶有終端器(120歐電阻)的通信介質(雙絞線)將上位機和底層模塊連接起來。實驗中，終端電阻和雙絞線阻抗的匹配確保了數(shù)據(jù)信號不會在總線的兩端反射。上位機(主節(jié)點)采用USB—CAN接口適配器(型號GYB507)，使PC機直接通過USB接口就可連入CAN總線網(wǎng)絡，成為一個標準的CAN節(jié)點。配合總線通信測試軟件CANtool的使用，可直接配置PC機的發(fā)送與接收狀態(tài)，通信速率和報文濾波功能等。同時，還可實時監(jiān)測顯示網(wǎng)絡中各從節(jié)點與PC機的數(shù)據(jù)通信，應用簡單、方便。

圖1 CAN總線通信網(wǎng)絡結構

2 智能節(jié)點硬件設計

傳統(tǒng)的從節(jié)點設計是將CPU與CAN總線控制器和總線收發(fā)器相連后再連入總線網(wǎng)絡，這樣使CPU外圍電路復雜化，整個系統(tǒng)受外部影響較大。為了解決這一問題，很多單片機廠商都將CAN控制器集成在單片機上。本文中選用C8051F550該單片機，它是內部集成的CAN控制器，完全按照BoshchCAN全功能的CAN模塊實現(xiàn)，符合CAN2．0B協(xié)議，工作位速率可達1Mpbs?？刂破靼幸粋€CAN內核，消息緩沖區(qū)，報文處理狀態(tài)機和CAN控制寄存器。通信控制器有32個消息對象，可以配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)，消息對象及其標識符存儲在CAN消息緩沖區(qū)中，能實現(xiàn)CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能及物理層大部分功能。CIP-51CPU可通過特殊功能寄存器直接或間接訪問CAN控制寄存器(CANOCN)，測試寄存器(CANOTST)和狀態(tài)寄存器(CANOSTA)。所有其它寄存器只能通過CANOADR，CANODATH和CANOTAL寄存器以地址索引方式間接訪問。

CAN總線的驅動器采用隔離CAN總線收發(fā)器CTM1050，通信速率1Mbps，至少可連接110個節(jié)點。內部集成的電氣輸入級隔離電路，可隔離高達2 500V的直流電壓。輸入級兼容3．3V和5V的CAN控制器，輸出級驅動具有溫度保護，內部TVS管可防止總線過壓功能。與傳統(tǒng)的PCA82C250總線收發(fā)器相比，主要優(yōu)點是無需外加光耦可直接使用，外圍電路簡單，安全，可滿足工業(yè)現(xiàn)場惡劣條件的使用。圖2所示為C805117550與CTM1050的接口電路。

圖2 C805F550與CTM1050的接口電路

3 智能節(jié)點軟件設計

圖1中三個節(jié)點與上位機的通信方式采用的是節(jié)點1、3與上位機實現(xiàn)點對點通信工作方式。節(jié)點1、3的微處理器C8051F550上電復位后，自動采集模擬電壓信號，通過C8051F550內部集成的12位A／D轉換，將數(shù)字量發(fā)送到上位機。上位機實時進行數(shù)據(jù)監(jiān)控，如果收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，可以通過CANtool軟件，發(fā)送自定義的錯誤數(shù)據(jù)標識給兩個節(jié)點，兩節(jié)點收到該數(shù)據(jù)后，停止A／D采樣工作。節(jié)點1、3與節(jié)點2是主從工作方式。當節(jié)點2的開關量有按鍵按下時，1、3節(jié)點將實時采集到的數(shù)據(jù)在發(fā)送給節(jié)點2，并在節(jié)點2的LCD上顯示。