CAN總線+單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　完全符合ISO11898國際標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線物理層專用接口電路有多種，這里僅以CAN總線通用接口電路PCA82C250為例對這類接口芯片作以說明。PCA82C250的引腳圖如圖1所示。各功能引腳如下：

　　1腳：欲發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入端;

　　2腳：電源地端;

　　3腳：電源端;

　　4腳：接收數(shù)據(jù)的輸出端;

　　5腳：參考電壓的輸出端;

　　6腳：低電平CAN總線輸入/輸出端;

　　7腳：高電平CAN總線輸入/輸出端;

　　8腳：總線脈沖斜率控制電阻連接端。

　　PCA82C250可以提供對總線數(shù)據(jù)的差動發(fā)送能力和對通信總線數(shù)據(jù)的差動接收能力。其引腳8較為特殊，該引腳用于選擇電路自身的工作方式;高速、斜率控制和待機(jī)。該腳接地時，PCA82C250工作于高速通信方式;接一個一定阻值的電阻器后再接地，用于控制發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖的上升和下降斜率(斜率正比于引腳8上的電流值)，用以減少射頻干擾;該腳接高電平時，電路進(jìn)入低電流待機(jī)狀態(tài)。在這種方式下，發(fā)送器被關(guān)閉，接收器轉(zhuǎn)至低電流工作，但接收器仍可對CAN總線上的“顯性”位做出。

　　如果PCA82C250處于通信總線的網(wǎng)絡(luò)終端，在總線上需要加一個120Ω左右的匹配電阻。

　　4 應(yīng)用實(shí)例

　　以Atmal AT89C55型單片機(jī)為例，AT89C55與RS-485總線接口電路及AT89C55與CAN總線物理層專用接口電路的對比連接圖如圖2所示。

　　由圖2的對比中可以看出，PCA82C250與AT89C55的硬件連接比MAX485與AT89C55的硬件連接還要簡單，因?yàn)?，PCA82C250的通信過程無需接收與發(fā)送的硬件轉(zhuǎn)換控制，僅由軟件來控制接浮時，CAN總線表現(xiàn)為“隱性”位數(shù)值，即CANH和CANL為懸浮態(tài)(VCAHN≈CANL≈VCC/2，相當(dāng)于關(guān)閉總線)，這為具有“休眠”功能的系統(tǒng)提供了網(wǎng)絡(luò)安全保障;當(dāng)TXD端輸入為低電平時，CAN總線表現(xiàn)為“顯性”位數(shù)值(向總線傳送有效數(shù)據(jù)位)，即CANH輸出高電壓(約3.5V，當(dāng)VCC為5V時)、CANL輸出低電平(約1.5V,當(dāng)Vcc為5V時)。顯然，在多主機(jī)條件下，“顯性”位和“隱性”位的引入，可在總線上實(shí)現(xiàn)非破壞性總線仲裁，以裁決哪一個主設(shè)備應(yīng)是下一個占有總線的設(shè)備。由于沒有用到PCA82C250參考電壓的輸出值，因此，PCA82C250的5腳可懸空，而8腳所接的電阻RS用于控制CAN總線的輸出脈沖的上升、下降沿的斜率，以降低總線的射頻干擾。當(dāng)RS上的電阻大于0.75CC時，PCA82C250芯片進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài);當(dāng)RS上的電壓小于0.3Vcc時，PCA82C250進(jìn)入高速通信狀態(tài);當(dāng)RS上的電壓處于0.4Vcc至0.6Vcc之間時，PCA82C250進(jìn)入CAN總線輸出脈沖上升、下降沿的斜率控制通信狀態(tài)，其斜率大小與RS上的電壓成正比。

　　圖2中，二個通信系統(tǒng)的軟件幾乎相同。當(dāng)采用PCA82C250的作為總線接口替代原有的MAX485時，在軟件上所做的變更有：首先，可取消RS-485總線的通信方向控制指令部分，因?yàn)镃A7402097N總線接口已不需要此功能;其次，RS-485總線在總線發(fā)送時，由于發(fā)送、接收控制端已連接在一起，即自動關(guān)閉了總線數(shù)據(jù)接收功能，而CAN總線接口在總線數(shù)據(jù)發(fā)送的同時也在進(jìn)行總線數(shù)據(jù)的接收(CAN總線接口不提供通信接收、發(fā)送數(shù)據(jù)的分離控制功能)，因此，在軟件設(shè)計(jì)上對此應(yīng)有所考慮。當(dāng)然，這為多機(jī)通信系統(tǒng)中的總線數(shù)據(jù)沖突的軟件識別與仲裁提供了條件。

　　當(dāng)需要MCU與通信網(wǎng)絡(luò)之間的電氣隔離時，可在MCU與CAN總線的物理層專用接口電路之間增加2個光電隔離器件(如6N137光電隔離電路)，即可實(shí)現(xiàn)MCU與通信網(wǎng)絡(luò)之間的電氣隔離。

　　5 結(jié)論

　　軟件上僅做少許修改，甚至不修改原有的RS-485總線的通信軟件就能適應(yīng)新的系統(tǒng)工作。必要時通過修改原有的RS-485總線的通信軟件即可實(shí)現(xiàn)多主式多機(jī)數(shù)據(jù)通信，充分利用了CAN總線物理層的優(yōu)勢。在硬件方面，能夠以簡單的形式、較低的價格、較高的性能構(gòu)造出極具競爭力的分布式測控系統(tǒng)，使多機(jī)互連的分布式測控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)性能得以提升。