基于C8051F040单片机的CAN总线系统设计

　　0 引言

　　随着20世纪80年代初期德国Bosch公司提出CAN(Controller Area Network)总线，即控制器局域网方案以解决汽车控制装置问的通信问题。经过20多年的发展，CAN总线现在广泛的应用在汽车领域，在汽车控制系统中应用CAN总线可以使硬件方案的软件化实现，大大地简化了设计，减小了硬件成本和设计生产成本，数据共享减少了数据的重复处理，节省了成本，可以将信号线减到最少，减少布线，使成本进一步降低等优点。由于CAN总线通信的高性能、高可靠性、及独特的设计和适宜的价格可以广泛应用于工业现场控制、智能楼宇、医疗器械、交通工具以及传感器等领域，所以被公认为是几种最有前途的现场总线之一。

　　1 系统总体设计

　　CAN总线系统总体结构如图1所示，主要包括上位机控制软件、USB-CAN转换模块、CAN节点、CAN总线介质(本处采用双绞线)组成。其中一个CAN节点通过USB接口与PC机相连，上位机控制软件能实时显示各CAN节点的数据且能通过上位机软件向各个CAN节点发送数据以控制各节点的8个发光二极管的亮或灭。

　　2 系统硬件电路

　　本系统由单片机外围电路、CAN总线硬件电路和USB-CAN转换电路组成。单片机外围电路包括电源电路模块、复位电路模块、串口通信模块。CAN总线硬件电路包括电气隔离模块、光耦隔离模块、CAN驱动器电路。USB-CAN转换电路包括CH375与单片机接口电路模块和USB接口电路模块。

　　C8051F040单片机内部的控制器局域网(CAN)控制器是一个协议控制器，不提供物理层驱动器(即收发器)，需要外部重新接入物理层驱动器。本处采用TJ1050，TJA1050是控制器区域网络(CAN)协议控制器和物理总线之间的接口，是一种标准的高速CAN收发器。TJA1050可以为总线提供差动发送性能，为CAN控制器提供差动接收性能。

　　TJA1050是PCA82C250和PCA82C251高速CAN收发器的后继产品。其功能框图如图2所示。

　　2.1 CAN总线抗干扰设计

　　(1)总线阻抗匹配CAN总线的末端必须连接2个120 Ω的电阻，它们对总线阻抗匹配有着重要的作用，不可省略。否则，将大大降低总线数据通信时的可靠性和抗干扰性，甚至有可能导致无法通信。

　　(2)在TJA1050的CANH、CANI。端与地之间并联2个30 pF的小电容，以滤除总线上的高频干扰，防止电磁辐射。

　　(3)在TJA1050的CANH、CANL端与CAN总线之间各串联1个5 Ω的电阻，以限制电流，保护TJA1050免受过流冲击。

　　(4)在TJA1050、TLP113等集成电路的电源端与地之间加入1个100 nF的去耦合电容，以降低干扰。