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图1  总体框图

图2  CAN总线系统智能节点硬件电路原理图

    从图2中可以看出电路主要由四部分构成，微控制器89c51，独立CAN通信控制器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实现数据的接受和发送等通信任务。
硬件电路的设计并不是太困难，但有几点应引起注意：

    (1)  为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与82c250的TXD和RXD相连，而是通过高速光电耦合器6N137后与82c250相连，这样就很好地实现了总线上各CAN节点之间的电气隔离。不过需特别说明的是光耦部分电路所采用的两个电源Vcc和VDD必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。

    (2)  82c250与CAN总线的接口部分也采取了一定的安全和抗干扰措施。82c250的CANH和CANL引脚各自通过1个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护82c250免受过流的冲击；CANH和CANL与地之间并联了2个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的作用；另外在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。82c250的Rs脚上与地之间的电阻Rs称为斜率电阻，它的取值决定了系统处于高速工作方式还是斜率控制方式，把该引脚直接与地相连，系统将处于高速工作方式，在这种方式下，为避免射频干扰，建议使用屏蔽电缆作总线；而在波特率较低，总线较短时，一般采用斜率控制方式，上升及下降的斜率取决于Rs的阻值，实验数据表明15～200kΩ为Rs的较理想的取值范围，在这种方式下，可以使用平行线或双绞线作总线。

    (3)  总线两端应接有两个120Ω的电阻，对于匹配总线阻抗起着相当重要的作用，忽略掉它们，会使数据通信的抗干扰及可靠性大大降低，甚至无法通信。

3  软件设计

    CAN总线节点的软件设计主要包括：CAN节点初始化，信息的接受和发送，熟悉这两个方面的程序设计，就能编写出利用CAN总线进行通信的一般应用程序。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CAN总线错误处理、总线脱离处理、接受滤波处理、波特率参数的设置和自动检测以及CAN总线通信距离和节点数的计算等方面的内容。下面仅就前面提到的两部分程序设计流程作个描述。

3.1  初始化子程序

    SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行，初始化包括工作方式的设置，接受滤波方式的设置，接受屏蔽寄存器AMR和接受代码寄存器ACR的设置，波特率参数设置和中断允许寄存器IER的设置等，流程图如图3所示。

图3  SJA1000的初始化流程图

3.2  信息接受和发送子程序

流程图如图4所示。

4  设计中需注意的问题

4.1  SJA1000的工作模式

    SJA1000有Basicmode和Pelimode两种工作模式，两种模式的底层都遵守CAN协议，如数据编码、错误处理等，不同之处在于高层，如数据过滤、与MPU的接口部分等。

图4  发送/接受中断服务程序流程图

    SJA1000上电复位后自动进入Basicmode模式，在此模式下，SJA1000有复位（reset）和运行（operating）两种状态，在复位状态下完成对SJA1000某些寄存器的初始化工作，上电复位，SJA1000退出总线（Bus-off）和软件置位复位请求都能引起SJA1000进入复位状态。

4.2  总线定时寄存器BTR1和BTR0的初始化

    总线定时寄存器的设置极大地影响了CAN性能的发挥，一般来说，若硬件连接无误，通信失败的主要原因在于总线定时寄存器的设置不当。

4.3  接受码寄存器和接受屏蔽寄存器的初始化

    接受码寄存器和接受屏蔽寄存器构成硬件过滤，CAN控制节点通过它来决定是否接受总线上的报文，是否置CAN的接受中断，极大的提高了系统的灵活性，为此，在对报文进行编码时，需使每个节点所要接受的报文标识符中有尽可能多的共同位，这样可以减少总线上无关报文对该节点的干扰。

4.4  状态寄存器的处理

    可以通过CAN控制器的状态寄存器了解数据传输状况，为了保证数据的正常收发，需要对状态寄存器各状态位作出相应处理，这里可以采用查询或中断方式进行。

4.5  SJA1000的自我测试功能

    SJA1000的Pelican模式可提供自我测试功能，这种功能在进行硬件设计时很有用，特别在只有一个CAN节点时也可以进行测试。

5  CAN总线在智能仪表中的应用及前景

    现场总线技术以其独有的技术优势和特点，在现代分布式测量与控制技术领域中的应用越来越广泛。各种现场总线的主控制器一般都内嵌有相当完善的、开放式的互连通信协议，它具有速度快、误码率低、开放设计简单以及网络使用维护方便等诸多特点，是实现网络化现场测量与控制技术的一个发展方向。但目前在许多现场已投入使用的测量与控制系统中，各仪器设备或装置之间通信所使用的仍是传统的RS-485或RS-422总线。在不断投入新型现场总线系统的同时，要在短期内改造或淘汰那些旧系统是不现实的，但CAN总线广泛应用是大势所趋，特别是在智能仪表方面的应用中。

    CAN总线具有高性能、高可靠性、高性价比、连接方便、实时性好以及独特的设计等特点，CAN总线广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。本文在pH测试仪的基础上进行不断的更新，利用已经投入的智能仪表进一步改造，利用CAN总线负载能力大，上位机程序简单易开发，上位机界面易处理等特点，逐步改进智能仪表的通信，并将其逐渐推广。而在此之前，笔者已经进行了pH测试仪的研究，实现了其在现场中的应用。本文是在pH测试仪基础上的更新，使其功能进一步完善，实现网络化，能够完成现场总线在厂矿通信方面的应用，替代RS-485等通信方式，突出现场总线在通信中易操作、成本低等优点，达到产品的实用和推广，笔者探讨的前景是逐步实现CAN总线网络化的普及，令使用范围扩大化，最大限度的发挥其功效。