CAN总线网络设计
CAN总线数据通讯功能设计
CAN总线数据通讯功能设计摘要：近年来，社会进步迅速，我国的智能化建设的发展也有了改善。
CAN(ControllerAreaNtework)即控制器局域网络，最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。
现代汽车越来越多采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制、加速、刹车、自动泊车、倒车雷达及复杂的制动防抱死系统（ABS)等。
这些电子装置的控制需实时检测及交换大量的数据，仅使用传统点对点的连接方式来实现子系统之间的随机通信，不但繁琐、昂贵，且难以解决问题。
采用CAN总线上述问题就能得以很好的解决。
因为CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，不分主次，通信灵活；采用短帧结构，数据传输时间短，最大传输数率可达1Mbps(通信距离小于40m)。
CAN总线技术由于高性能、高可靠性及其独特的设计备受人们的重视，经过十几年的发展，该技术已成为所有车载电子控制系统互联、互通的标准，广泛应用于汽车电子监测系统。
关键词：CAN总线；数据通讯；功能设计引言随着汽车的普及,人们对汽车舒适度要求越来越高,使得汽车电子技术发展迅速,越来越多的汽车电子控制单元(ElectronicControlUnit,ECU)被应用于汽车控制。
诊断功能的实现是ECU开发过程中的重要部分,对诊断功能进行集成测试是为了验证功能实现与设计规范的一致性。
1方案的实现电路主要由四个部分构成：微控制器、独立CAN通信控制器、CAN总线收发器、高速光耦。
微控制器负责CAN通信控制器的初始化。
CAN通信控制器有发送和接收两端，它能够同时读写总线，这个功能对于错误检测与总线仲裁都很重要，因此通过控制CAN通信控制器实现数据的接收和发送通讯任务。
CAN通信控制器要通过CAN总线收发器上的线驱动器和总线接口进行总线的读写，总线是通过典型的双绞线传输差分电压信号，处理CAN总线两端的节点应设置跨接在两根双绞线间的终端匹配电阻。
采用TMS320F28335的多节点CAN总线通信设计
电子设计工程Electronic Design Engineering第29卷Vol.29第7期No.72021年4月Apr.2021收稿日期：2020-04-23稿件编号：202004200作者简介：宋耀东（1982—），男，河南新乡人，硕士研究生。
研究方向：电子控制系统设计。
CAN 总线指的是控制器局域网（Controller AreaNetwork ，CAN ）总线，是最先由德国博世公司提出的用于汽车控制的一种实时应用的串行通信协议总线网络，因其具有高性能、高可靠性、高实时性和配置灵活等特点，已经成为世界上应用最多的现场总线之一[1-3]。
标准CAN 协议对物理层及数据链路层进行了定义，但在实际应用中还要对应用层进行协议明确[4-5]。
常见的应用层协议有DeviceNET 、J1939、CANOpen 等，这些协议偏重于通用性，其价格昂贵、结构复杂，不适用于具体应用。
因此，通常需要针对具体应用，根据标准CAN 协议设计相应的具体应用总线协议[6]。
随着航天航空电子综合化技术的发展，航天航空器内部的系统功能复杂化和体量庞大化的同时，不同设备之间需要快速、可靠的通信。
只有采用实时、稳定、可靠的数据传输技术才能实现此种需求[7]。
目前，航天飞行器内部常用总线有1553B 总线、CAN 总线等。
1553B 总线采用双余度和指令/响应方式异步通信的可靠性设计，在提高可靠性的同时，其成本也居高不下；而CAN 总线拥有很高的性价比，采用CAN 总线能够降低飞行器的研制成本[8]。
为满足某航天项目多节点高可靠总线通信的需求，从高性能、高可靠性、低成本的角度设计了一种基于TMS320F28335的CAN 总线的硬件接口、通信协议与软件配置。
1CAN 总线系统硬件接口设计CAN 总线是一种有效支持实时控制或分布式控制的串行通信网络。
CAN 总线中的设备都可以通过其控制单元上的CAN 总线接口进行数据的接收和采用TMS320F28335的多节点CAN 总线通信设计宋耀东，于淼，杜雪，李军（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州450047）摘要：根据CAN 总线通信规范和TMS320F28335处理器eCAN 外设特点，设计了CAN 总线多节点通信网络连接方式及接口电路；根据TMS320F28335处理器eCAN 模块的配置规则，设计了CAN 总线数据帧格式，并给出了设置示例，对该模块进行了软件配置，实现了CAN 总线多节点的收发通信。
基于CAN总线的设计
CAN总线的特点：
ＣＡＮ总线有如下基本特点： （1）多主站依据优先权进行总线访问。 总线开放时，任何单元均可开始发送报文，具有最高优先权的报 文的单元赢得总线访问权。 利用这个特点可以用液晶显示器作为多主 机的公用监视器，不用每台主机配一个监视器，从而节约系统成本。 （2）无破坏性的基于优先权的仲裁。 网络上的每个主机可以同时发送，哪个主机的数据可以发送出去 取决于主机所发送报文的标识符决定的优先权的大小，没有发送出去 的帧可自动重发。 （3）借助接收滤波的多地址帧传送 收到报文的标识符与本机的接收码寄存器与屏蔽寄存器相比较， 符合的报文本机才予以接收。
CAN总线的特点：
（4）远程数据请求。 网络上的每个接点可以发送一个远程帧给另一个接点，请求该接 点的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同的标识符ID命名。 （5）配置灵活性 通过八个寄存器进行接点配置，每个接点可以接收，也可以发送 （6）全系统数据相容性 （7）错误检测和出错信令 有五种错误类型，每个接点都设置有一个发送出错计数器和一个 接收出错计数器。发送接点和接收接点在检测到错误时，出错计数器 根据一定规则进行加减，并根据错误计数器数值发送错误标志（活动 错误标志和认可错误标志），当错误计数器数值大于255时，该接点 变为“脱离总线”状态，输出输入引脚浮空，既不发送，也不接收。
CAN于汽车车窗智能控制系统上的应用：
各节点单元相关命令和状态通过CAN控制器以报文格式由CAN 总线完成与其他节点单元信息间的传输和共享。 • 其中报文的发送由CAN控制器遵循CAN协议规范自动完成。首 先CPU必须将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文，进入CAN控 制发送缓冲器中，并置位命令寄存器中的发送请求标志，发送处理可 通过中断请求或查询状态标志进行控制。其发送程序分发送远程帧和 数据帧两种，远程帧无数据场。 报文的接收程序负责节点报文的接收 以及总线关闭、错误报警、接收溢出等其他情况处理。报文的收发主 要有中断接收方式和查询接收方式。 •
基于CAN总线的虚拟测控网络设计
基于CAN总线的虚拟测控网络设计基于CAN总线的虚拟测控网络设计随着汽车电子技术的发展和普及，车辆上的各种传感器和控制器数量越来越多，车辆电子系统也变得越来越复杂。
而这些传感器和控制器的数据交换需要一种可靠的传输方式，以确保数据传输的实时性和准确性。
CAN总线就是一种基于串行通信协议的多控制器数据总线，被广泛应用于车辆电子系统中。
虚拟测控网络（Virtual Instrumentation Network，VIN）是一种以计算机为核心、以网络为媒介、以虚拟仪器为手段、以软件为基础、以分布计算为特点的测控系统网络。
VIN不仅充分发挥了计算机的强大计算和控制能力，还能利用网络技术实现分布式数据采集和控制。
基于CAN总线的虚拟测控网络是一种新兴的测控系统方案，它将CAN总线和VIN技术相结合，实现了车辆各个传感器和控制器间的精确数据交换和智能控制。
CAN总线作为传输媒介，提供了高速、可靠、实时的数据传输通道，而VIN则负责数据采集、处理、显示和控制等功能。
基于CAN总线的虚拟测控网络设计通常包括以下几个方面：硬件设计：首先需要设计CAN总线电路和传感器接口电路，以保证数据传输的可靠性和准确性。
此外，还需要选用合适的数据采集卡和控制卡，并进行相应的调试和测试，以确保硬件系统的稳定性和正确性。
软件设计：软件设计是整个系统中最重要的部分。
首先需要编写CAN总线接口程序，以实现CAN总线数据的读取和发送。
其次需要编写数据采集程序和控制程序，以实现对传感器数据的采集和处理，以及对系统的控制和调节。
最后还需要编写用户界面程序，以实现数据显示和用户交互等功能。
系统集成：系统集成是将硬件和软件系统整合成一个完整的系统并进行测试和验证的过程。
在集成过程中需要注意硬件和软件之间的接口问题，以及系统的稳定性和可靠性问题。
集成测试要充分考虑各种异常情况和故障，以确保系统的可靠性和有效性。
总结：基于CAN总线的虚拟测控网络是一种应用前景广阔的新兴测控系统方案。
手把手教你设计CAN总线系列讲座(2)
手把手教你设计CAN总线系列讲座(2)—CAN总线智能节点的设计在远程测控系统中，都要通过传感器或其他测量装置获取环境或相关的输入参数，传送到处理器，经过一定的算法，做出相应的控制决策，启动执行机构对系统进行控制，基于CAN总线的测控系统将单个测控设备变成网络节点，将控制系统中所需的基本控制、运行参数修改、报警、显示和监控等功能分散到各个远程节点中。
因此总线上的节点应该具有总线通信功能和测控功能，这必然离不开微处理器。
我们把具有这类功能的节点叫智能节点。
1 CAN网络节点结构和SJA1000的应用结构图一般把每个CAN模块分成不同的功能块。
这里以分布式恒温控制节点构成的CAN图1 CAN总线控制网络结构图控制网络为例（如图1所示），分析一下基于CAN总线的分布式网络节点的结构。
CAN节点由微处理器、CAN控制器SJA1000、光耦6N137模块和CAN驱动器82C50构成。
CAN控制器SJA1000执行在CAN规范里规定的完整的CAN协议，用于报文的缓冲和验收过滤，负责与微控制器进行状态、控制和命令等信息交换；在SJA1000下层是CAN收发器PCA82C50，它为CAN控制器和总线接口，它控制从CAN控制器到总线物理层或相反的逻辑电平信号，提供对总线的差动发送和对CAN控制器的差动接收功能。
光耦6N137起隔离作用。
图2 SJA1000的结构图所有这些CAN模块都由微处理器控制，它负责执行应用的功能，负责控制执行器（比如加热设备）、读传感器（比如温度）和处理人机接口。
如图2是SJA1000的应用结构图。
在CAN规范里，CAN核心模块控制CAN帧的发送和接收。
接口管理逻辑负责连接外部微处理器，该控制器可以是单片机、DSP或其他器件。
经过SJA1000复用的地址/数据总线访问寄存器和控制读写选通信号。
SJA1000的发送缓冲器能够存储一个完整的报文（扩展的或标准的）。
当微处理器初始化发送接口管理逻辑，CAN核心模块就会从发送缓冲器读CAN报文。
CAN网络结构原理分析
1.2 CAN数据总线
► 1 CAN数据总线组成及特点 ► 2 CAN数据总线原理 ► 3 CAN数据总线应用 ► 4 CAN数据总线诊断及维修
CAN数据总线 CAN网络的定义
► CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德 国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。
CAN数据总线 CAN网络的组成
► CAN总线的组成-连接结构 ► 节点连接 ► CAN分离插头
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
► CAN分离插头
► A8’03、A6’05 和奥迪Q7 的中央 电缆连接器位于左侧和右侧仪表板上 ，配备有分离插头。分离插头内具有 用于驱动CAN 和舒适CAN 的跳线。
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
► CAN网络的信号转换特征
► 舒适CAN总线信号特征
电位 显性 隐性
逻辑状态 0 1
U（ CAN-High –对地） U（ CAN-Low –对地）
3.6 V
1.4 V
0V
5V
电压差 2.2 V -5 V
• 在显性状态时，CAN-Low线上的电压降至1.4V；
• 在隐性状态时，CAN-High线上的电压约为0V， CAN-Low线上的电压约为5V；
• 在显性状态时，CAN-High线上的电压约为3.6V。
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
► 信号的数据格式
CAN数据总线 CAN网络的原理
► CAN数据总线的抗干扰特性
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
此时总线电压：低位线：12V，高位线：0V 。
智能断路器的CAN总线网络节点设计
女， 授， 教 主要 从 事
电 器 Ｃ Ｄ、 Ａ 的 Ａ Ｃ Ｅ
中 图分 类 号 ： Ｍ ５ １ 文 献标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ — ３ （０ ０ ２ －０ ６０ Ｔ ６ ０ １ ５ １２１）０ ２－ ５ ０ ４
研究 、 能 电 器 的 智
设计。
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｆ ＣＡＮ － ｕｓ Ｎｅ ｗｏ ｋ Ｎｏ ｏ ｎｔ ｌ ｇ ｎｔＣｉ ｃ ｔＢｒ ａ ｅ ｂ ｔ ｒ ｄｅ ｆ ｒ Ｉ ｅ ｌ ｅ ｒ ｕｉ ｅ ｋ ｒ ｉ
＿
０ 引 言
近年来 ， 能脱 扣 器技 术 在 国 内有 了较 快 的 智 发展 。智能 脱扣 器 的成 功 应 用 ， 得 断 路器 的功 使
能更 加强大 。 目前 ， 国内外 研究 生 产 的智能 脱 扣 器能显 示开关 状态 、 三相 电流 、 电压 、 功率 因数 、 有
如何 把 ＭＣ Ｓ与 Ｃ Ｎ 总 线 结 合 起 来 使 用 ， Ｇ Ａ 即 ＭＣ Ｓ如何 操作 Ｃ Ｎ总线 接 口卡 。 Ｇ Ａ
行 监控 、 度 和 管 理 。 上 位 机 作 为 一 个 特 殊 的 调
Ｃ Ｎ节点 ， 设计 相对 复 杂 。本 文 将重 点 介绍 上 Ａ 其 位机 Ｃ Ｎ智能 节点硬件 和软件 的设计 方案 ， Ａ 以及
Ｃ ／ ｕ ｕ ， Ｇ Ｎ ｉ ｉ Ｓ Ｎ ａ ｔ ｇ ＴＡ ｅ ｕ ｎ Ｕ Ｒ ｉ ａ Ｅ ＧＬｋ ， Ｏ Ｇ Ｂ ｏｏ ， Ｉ Ｎ Ｗ ｎ ａ ｈ ａ ｎ ｊ （ ｅｅ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉ ｊ ０ ０，ｈｎ ） Ｈ ｂ ｉ ｎｖｒ ｔ ｆ ｃ ｎｌ ｙ Ｔａ ｉ ３ ０ Ｃ ｉ ｉ Ｔ ｏ ｎｎ １ ３ ａ
基于CAN总线的智能仪器网络设计
对 多 点 的 Ｃ Ｎ 总 线 双 向通 讯 测 控 系 统 。 Ａ
机 ， 能仪 器 间 数 据 传 送 采 用 Ｃ Ｎ 总 线 系 统 框 架 如 图 １ 智 Ａ 所示 ， 系统 主 要 组 成 部分 由 主 节 点 、 点 以 及 Ｃ 节 ＡＮ 总 线 构
是 一 种 串行 通信 网络 ， 持 分 布 式 控 制 或 者 实 时控 制 与 支
其 他 总 线 相 比有 如 下 特 点 ： （ ） 作 方 式 ： 以采 用 多 主 竞 争 总 线结 构 或 单 主 的 工 １工 可
作 方 式 ， ＣＡＮ 总线 上 的各 个 节 点 在 任 意 时 刻 主 动 向 网 即
络 上 的其 他 节 点 发 送 信 息 而不 分 主 次 ， 持 点 对 点 、 支 点对 多
点 和 全 局广 播 方 式 传送 信 息 。
（） ２ 协议 ： 数据 进 行 编 码 ， 一 个 节 点拥 有 一 个 ｌ 对 每 １位
通 过 对单 片机 的扩 展 也 可 以完 成 人 机 对 话 ， Ｌ Ｄ 显 即 Ｅ
理， 在对 Ｃ ＡＮ 总 线 协议 特 点 进 行 解 释 的基 础 上 ， 以智 能 节 点之 间数 据 传输 为 例 ， 验证 了采 用 现 场 总线 的方 式 ， 即Ｃ ＡＮ 总 线 的 传 输 模 式 ， 以 改 变 传 输 速 率 ， 可 突破 原 来 点 对 点 的传 送 格 式 ， 现 一 点 对 多点 的 Ｃ 实 ＡＮ 总线 双
向通 讯 测 控 系统 。
can总线电路设计
can总线电路设计摘要：1.CAN 总线电路设计概述2.CAN 总线电路的组成部分3.CAN 总线电路的设计流程4.CAN 总线电路的常见问题及解决方法5.总结正文：一、CAN 总线电路设计概述CAN 总线（Controller Area Network）是一种常用于车辆和工业控制领域的通信协议，其主要特点是多主控制器、高可靠性、实时性、高抗干扰能力和低成本。
CAN 总线电路设计是指在硬件层面实现CAN 总线通信的过程，主要包括CAN 控制器、CAN 总线驱动器、CAN 总线收发器等组成部分。
二、CAN 总线电路的组成部分1.CAN 控制器：CAN 控制器是CAN 总线电路的核心部分，负责处理CAN 总线通信的逻辑和数据传输。
常见的CAN 控制器有Microchip 的MCP2510、STMicroelectronics 的STM32 等。
2.CAN 总线驱动器：CAN 总线驱动器负责将CAN 控制器输出的信号转换为适合在总线上传输的信号，同时也能将总线上的信号转换为CAN 控制器能识别的信号。
常见的CAN 总线驱动器有TJA1020、MCP2003 等。
3.CAN 总线收发器：CAN 总线收发器负责处理CAN 总线上的物理层通信，包括信号的放大、整形、滤波等功能。
常见的CAN 总线收发器有MCP2020、TJA1021 等。
三、CAN 总线电路的设计流程1.确定设计需求：根据实际应用需求，确定CAN 总线通信的节点数量、通信速率、传输距离等参数。
2.选择合适的CAN 控制器、驱动器和收发器：根据设计需求，选择性能、接口、封装等满足需求的CAN 控制器、驱动器和收发器。
3.电路设计：设计CAN 总线电路的电源、时钟、接地等部分，同时根据CAN 控制器、驱动器和收发器的接口，设计相应的连接线路。
4.程序设计：编写CAN 总线通信的软件程序，包括初始化CAN 控制器、发送和接收数据、错误检测和处理等功能。
基于CAN_LIN总线的汽车通信网络设计
基于CAN_LIN总线的汽车通信网络设计汽车通信网络是现代汽车的重要组成部分，负责实现车辆内部各个系统之间的实时通信和信息交换。
CAN（Controller Area Network）和LIN （Local Interconnect Network）是目前广泛应用于汽车通信网络的技术。
本文将基于CAN_LIN总线的汽车通信网络进行设计，并对其进行详细描述。
首先，我们需要明确通信网络的拓扑结构。
汽车通信网络一般采用总线型的结构，其中CAN总线负责高速通信，而LIN总线主要用于低速数据传输。
CAN总线主要用于连接车辆的各个电子控制单元（ECU），包括发动机控制单元、制动系统控制单元、车身电子控制单元等。
而LIN总线则主要用于连接车内设备，如仪表板、门控制模块等。
在设计汽车通信网络时，首先需要确定通信协议。
CAN是一种高度可靠的实时通信协议，速率可达1Mbps，适用于需要高速数据传输的系统。
而LIN则是一种低速通信协议，速率一般为20kbps至100kbps，主要用于控制车内设备。
因此，在设计中，可以将CAN用于车辆内部各个ECU之间的通信，而将LIN用于车内设备之间的通信。
其次，需要确定总线中终端设备的连接方式。
在CAN总线中，每个ECU通过CAN收发器与总线相连。
CAN收发器负责将ECU中的信息转换成CAN总线上的电压信号传输，并将总线上的电压信号转换成ECU能够处理的信息。
在LIN总线中，每个设备通过LIN收发器与总线相连。
LIN收发器负责将设备中的信息转换成LIN总线上的电压信号传输，并将总线上的电压信号转换成设备能够处理的信息。
最后，需要确定通信网络的实时性和稳定性要求。
在汽车通信网络中，通信的实时性非常重要，毫秒级的延迟可能导致严重后果。
为了保证实时性，可以采用CAN的分时通信机制和LIN的帧间隔时间调整机制来确保数据的及时传输。
此外，还可以采用网络管理协议，如AUTOSAR （Automotive Open System Architecture）来管理总线上的设备和通信。
一种基于CAN总线的双环冗余网络设计
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［ 文章 编号】１７ — ０ Ｘ ２ １ ）４ ０ ０ — ４ ６ １ ８ ２ （０ ２０ — ０ ６ ０
一
种基于Ｃ Ｎ总线的 Ａ 双环冗余网络设计
王 振 华 ， 江道 根
（ 宁波技 师 学院 ， 浙 江 宁波 ３５３ ） １０ ２
［ 摘
要］ 常用 的双 总线型 Ｃ Ｎ 冗余 网络 在 恶劣环 境 下使 用时 ， 抗毁 伤性 和生存 性较 差 。 文 通过将 Ａ 其 本
现 ， 用 自定 义 的 Ｃ Ｎ总线 上 层 （ 用层 ） 议 ， 采 Ａ 应 协 所
为了更好 的提高 Ｃ Ｎ控制 网络的可靠性 ， Ａ 本文
引 入 了在 光 纤 通 讯 网络 中常 采 用 的 自愈 环 保 护 方
有 的 Ｃ Ｎ总线上层协议分析和网络 的通讯 调度全 Ａ
部 由软件 实 现 。网络 结构 （ ４个 站点 为例 ） 图 １ 以 见 。 图 １中每 张 Ｃ Ｎ接 口卡 的端 口 ０和 端 口 １ Ａ 都 分 别通过 一 条 Ｃ Ｎ总线连 接起 来 ， Ａ 形成 两个 环 形结
本 文 中所 用 的硬 件 设计 平 台是 工 控 机 和 基 于 ＰＩ Ｃ 总线 的 Ｃ Ｎ接 口卡 ， 中每 张卡 带有 两 路 Ｃ Ｎ Ａ 其 Ａ 总线接 口 ， 自可 以独 立工 作 。 网络 设计 中采 用 主 、 各 从结 构通讯 方式 ，网络 中各个 从站 之 间也可 以直 接
高可靠性CAN总线网络的冗余设计
，
Ｒ ｍｎ ｉ×Ｒ ｍ ｉ
‘ 瓦
’ 、
式 中：ｍ 为系统 接入 的最 大节点数 ，Ｄ 为所用 电缆的单位 长度 ｎａ ￣ ｆ …
的最大 电阻率 ， … ｍ 为输 出显性 位时最小 差动 电压 ， ｔ￣１ ） Ｖ ｍ Ｖｈ （ 为接收 ． Ｖ ｍ 显性 位 最 大 阈值 电压 ， ｆｌ ０ １ ，（ ＫＤ） Ｇｉ ｎ ｍ２ 为节 点 最小 差 动 输 入 电阻 ， Ｒ （１ ｎ） １８ 为最小终端 电阻。 最大总线 长度 还与总线 电缆单 位长度的 电阻率成 反比。 由于不 同 类型 电缆的 电阻率不 同 ， 所有其最 大总线 长度也有很 大差别 。若差 动 系数 Ｋ 为 ｏ２ 则 在 最坏 情 况 下 ， 得 出总 线 电 缆 电阻 Ｒ 必 须 小 于 ．， 可 １ Ｑ； 常情况下 ， ５ 正 差动系数 Ｋ 为 ０２时 ， ． 总线 电缆 电阻 Ｒ 小于 ４ ｎ即 ５
高可靠 牲 Ｃ ＡＮ总线 网络昀冗宗 设计
罗定职 业技 术 学院 刘永 富
［ 摘 要］ 着现 场总线技术的不 断发展 ， ＡＮ总线广泛应用于分布式检 测和控 制 系统 中。 虽然ＣＡ 随 Ｃ Ｎ的基本协议在 可靠性方面提供 了一些 策略 和保证 ， 但在 工作环境 恶劣 、 求 高可靠性的场 合 ， 要 为了工程 实际应 用的需要 ， 必要进行 高可 靠性 Ｃ Ｎ 网络 的设计 。 有 Ａ 本 文从 电路 的硬 件设计 、 电磁兼容 、 总线长度 、 通讯协议等 几方面分析 了其对 网络 可靠性的影响 ， 并加 以改进 ， 设计 了基 于单片机和 独立Ｃ ＡＮ总线控制 器的双 冗余 多功能节点 ， 进行 了硬件及程序 的开发 ， 实现 了冗余 Ｃ ＡＮ通信功能。 ［ 关键 词］ Ａ Ｃ Ｎ总线 网络可靠性 瓦余设计 节点 确地检测 到显性位 ， 接收节点必 须能接收到一定 的差动输入电压 ， 个 这 电压取 决于接收显性位 的阈值电压 Ｖ 和用户定义 的安全区 电压 。所 需 的差 动 输 入 电 压 可 由公 式 （．） 示 ： ２２ 表 Ｖ 一Ｖｔ＋ 州× 、 一 ｈ 疗 ｈ （ 沂 ） （ ．） ２２ 其中Ｋ 为决 定安全 区电压 的差 动系数 ， ０ １ 间取值 。由于接 在 ～之 收的差动输入 电压必须大 于检测显性位所需 的电压 ， 在极 限情况 下 ， 可
can总线电路设计
can总线电路设计
CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于实时控制系统的串行通信协议，常用于汽车、工业控制等领域。
CAN总线电路设计通常包括以下关键元素：
1. CAN 控制器： CAN 控制器是主要的处理单元，负责管理数据的传输、接收和处理。
这可以是一个专用的芯片或者集成在微控制器中。
2. CAN 收发器：CAN 收发器用于将数字信号转换为CAN总线所需的电压水平。
它能够将来自控制器的数字信号转换为差分信号，以便在CAN总线上传输。
同样，它还能将接收到的CAN总线上的差分信号转换为数字信号。
3. 电源管理： CAN总线电路需要适当的电源管理，确保各个部分都能得到合适的电源电压和电流。
4. 保护电路：由于CAN总线常常用于汽车等工业环境，总线电路设计通常包括保护电路，防止由于电压浪涌、静电放电等原因引起的损坏。
5. 时钟源： CAN总线需要一个准确的时钟源，确保数据的同步和正确的时间标记。
6. 连接器和电缆： CAN总线电路设计需要考虑连接器和电缆的选择，以确保可靠的物理连接和适当的电气性能。
7. 软件协议栈：在CAN总线电路中，除了硬件设计，还需要实现CAN通信的软件协议栈，包括CAN消息的发送和接收、错误处理等功能。
8. EMC（电磁兼容性）设计：由于CAN总线常常在工业环境中使用，电磁干扰是一个重要的考虑因素。
因此，设计中需要考虑电磁兼容性，采取措施以减小电磁辐射和提高抗干扰能力。
总的来说，CAN总线电路设计是一个综合性的工程，需要考虑硬件和软件之间的协同工作，以确保可靠、高效的数据通信。
毕业设计(论文)任务书 CAN总线
计算机科学与信息工程系（院）2012届
设计（论文）依据
CAN(Controller Area Network,控制器局域网)是一种高性能、高可靠、易开发且低成本的现场总线，也是最早在我国应用的现场总线之一。CAN是20世纪80年代（1983）德国Bosch(博世)公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信总线。CAN是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。
第6周4.5-4.11对分类信息系统进行详细设计；
第7周4.12-4.18拟出系统的基本构架，对系统进行编码；
第8周4.19 -4.25对系统中各个模块进行详细的设计；
第9周4.26-5.2对系统进行测试，在导师的指导下进行修改,并写出测试分析报告；
第10周5.3-5.9撰写毕业设计论文，根据指导老师的意见对其进行修改和完善；
［10］陆前锋.基于SJA1000的CAN总线智能控制系统设计［J］.自动化技术与应用,2003.
［11］SJA1000 stand-alone CAN Controller Application Note.Philips Semi conductor,1997.
［12］CAN application layer and communication profile.CAN in Automation协会，2000
浅淡CAN总线,CAN总线网络拓扑结构
浅淡CAN总线，CAN总线网络拓扑结构
在前2天的推送中我们介绍了I2C、SPI 总线，但它们多用于传输距离短、协议简单、数据量小、主要面向IC（集成电路）间通信的“轻量级”场合。
而CAN 总线则不同，CAN 总线定义了更为优秀的物理层、数据链路层，并且拥有种类丰富、简繁不一的上层协议。
什幺是CAN 总线
CAN 是“Controller Area Network”的缩写，即“控制器局域网”，是一个ISO 标准的串行通信协议。
CAN 总线由德国BOSCH 公司研发设计，用于应对汽车上日益庞大的电子控制系统的需求，其最大的特点是可拓展性好，可承受大量数据的高速通信，并且高度稳定可到。
ISO 组织通过ISO11898 和ISO11519 对CAN 总线进行了标准化，使其早早确立了欧洲汽车总线标准的地位。
时至今日，CAN 总线已经获得业界的高度认可，其应用也从汽车电子领域延伸至工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域。
CAN 总线网络拓扑结构。
can总线电路设计
can总线电路设计【最新版】目录1.CAN 总线的概述2.CAN 总线电路的设计要点3.CAN 总线电路的实际应用4.CAN 总线电路的优缺点分析5.总结正文一、CAN 总线的概述CAN 总线，全称为控制器局域网络（Controller Area Network），是一种用于实时控制的串行通信总线。
它最初由德国的 Robert Bosch GmbH 公司于 1980 年代开发，用于汽车电子设备的通信。
CAN 总线具有多主控制器、高可靠性、高速率、远距离传输以及多节点等特点，广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备等领域。
二、CAN 总线电路的设计要点1.选择合适的 CAN 控制器CAN 控制器是 CAN 总线电路的核心部件，选择合适的 CAN 控制器对于整个系统的稳定性和性能至关重要。
目前市场上有许多种 CAN 控制器可供选择，如德州仪器（TI）、飞思卡尔（Freescale）、NXP 等。
2.电路拓扑设计CAN 总线电路的拓扑设计有多种形式，如单主控制器、多主控制器、多节点等。
在设计过程中，需要根据实际应用需求选择合适的拓扑结构。
3.传输速率与距离CAN 总线的传输速率和距离是设计过程中需要考虑的重要因素。
根据实际应用场景选择合适的传输速率和距离，以保证通信的稳定性和可靠性。
4.电气特性CAN 总线电路的电气特性包括电源电压、信号电平、噪声抑制等。
合理的电气特性设计可以有效提高通信的可靠性。
5.抗干扰设计在 CAN 总线电路设计过程中，需要考虑抗干扰措施，如屏蔽、滤波、接地等，以降低外部干扰对通信的影响。
三、CAN 总线电路的实际应用CAN 总线电路在众多领域都有广泛应用，如汽车电子、工业自动化、机器人控制、智能家居等。
例如，在汽车电子领域，CAN 总线用于发动机控制、底盘控制、车身控制等多个子系统的通信。
四、CAN 总线电路的优缺点分析优点：1.多主控制器结构，系统可靠性高；2.远距离传输，适用于各种工业环境；3.高速率，满足实时控制需求；4.节点数量多，系统扩展性强；5.抗干扰性能好，通信稳定可靠。
CAN总线布线要求指导
CAN总线布线要求指导
最近我司产品线多个核心合作厂反映在大系统中出现CAN通信中断问题，经查均为客户将CAN网络接成复杂拓扑结构所致（如图1）。
图1：复杂的CAN网络结构
经与开发部沟通，我司新一代EP产品的CAN网络必须严格按照下面的要求进行布线：
1、通讯线一律采用屏蔽双绞线，尽量做到屏蔽层单端接地。
2、CAN线按总线型走线，尽量不要出现支路（如图2所示）。
图2：总线型CAN网络结构
3、所有的CAN设备必须以总线方式进行布线，且只在最远端的CAN设备上设置120欧姆匹配电阻。
注意：在有逆变器存在时，如果按照上述布线，系统还出现CAN通信中断，则请将逆变器的地线单独接地。
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1 引言
can（controller area network）即控制器局域网络，最初是由德国bosch公司为解决汽车监控系统中的自动化系统集成而设计的数字信号通信协议，属于总线式串行通信网络。
由于can总线自身的特点，其应用领域由汽车行业扩展到过程控制、机械制造、机器人和楼宇自动化等领域，被公认为最有发展前景的现场总线之一。
can总线系统网络拓扑结构采用总线式结构，其结构简单、成本低，并且采用无源抽头连接，系统可靠性高。
本设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下，具有通用性、实时性和可扩展性等持点。
2 系统总体方案设计
整个can网络由上位机（上位机也是网络节点）和各网络节点组成（见图1）。
上位机采用工控机或通用计算机，它不仅可以使用普通pc机的丰富软件，而且采用了许多保护措施，保证了安全可靠的运行，工控机特别适合于工业控制环境恶劣条件下的使用。
上位机通过can总线适配卡与各网络节点进行信息交换，负责对整个系统进行监控和给下位机发送各种操作控制命令和设定参数。
网络节点由传感器接口、下位机、can控制器和can收发器组成，通过can收发器与总线相连，接收上位机的设置和命令。
传感器接口把采集到的现场信号经过网络节点处理后，由can收发器经由can总线与上位机进行数据交换，上位机对传感器检测到的现场信号做进一步分析、处理或存储，完成系统的在线检测，计算机分析与控制。
本设计can总线传输介质采用双绞线。
图 1 can总线网络系统结构
3 can总线智能网络节点硬件设计
本文给出以arm7tdmi内核philips公司的lpc2119芯片作为核心构成的智能节点电路设计。
该智能节点的电路原理图如图2所示。
该智能节点的设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下，具有通用性、实时性和可扩展性等特点，下面分别对电路的各部分做进一步
的说明。
图2 can总线智能网络点
3.1 lpc2119处理器特点
lpc2119是philips公司推出的一款高性价比很处理器。
lpc2119是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位arm7tdmi-stm cpu，并带有128kb嵌入的高速flash存储器。
独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，对代码规模有严格控制的应用可使用16位thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。
实行流水线作业，提供embedded ice逻辑，支持片上断点和调试点，具有先进的软件开发和调试环境。
lpc2119具有非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位adc、2路can、pwm通道、多个串行接口，包括2个16c550工业标准uart、高速i2c接口（400 khz）和2个spi接口，46个gpio以及多达9个外部中断使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。
lpc2119内部集成2个can控制器，每一个can控制器都与独立can控制器sja1000
有着相似的寄存器结构。
其主要的区别在于标识符接收过滤的编程操作上，篇幅有限这里不作详述。
它的主要特性有:单个总线上的数据传输速率高达1mb/s;32位寄存器和ram访问;兼容can2.0b，iso11898-1规范;全局验收滤波器可以识别所有的11位和29位标识符;验收滤波器为选择的标准标识符提供full can-style自动接收。
3.2 数据采集和人机接口
传感器接口的选用应根据实际系统所要实现的功能而定，由传感器将被测量转化成电量。
由于测试环境的电磁干扰、传感器和放大器自身的影响，往往使信号中含有多种频率成分的噪音，直接从传感器输出的信号需要经过信号调理电路作进一步的处理才能使后续电路得以正常工作。
经过调理后的信号输入到lpc2119的模拟信号输入端p0.27-p0.30，lpc2119内有4路10位adc，转换时间低至2.44μs。
人机接口利用lpc2119丰富的gpio接口采用led显示输出和键盘输入，如图2所示。
本设计采用4个led分别表示节点电源、数据通信状态、联机指示和错误指示。
键盘设计了6个按键用来设置节点的报文滤波、节点的波特率及节点复位等功能。
3.3 can总线接口
根据图2所示，can接口部分包括lpc2119（内置can控制器）、光电耦合器和总线收发器。
can总线遵循iso的标准模型，分为数据链路层和物理层。
在工程上通常由can控制器和收发器来实现。
收发器选择philips公司的tja1050高速收发器，它符合iso11898标准。
can控制器主要完成can的通讯协议，实现报文的装配和拆分、接收信息的过滤和校验等。
收发器tja1050则是实现can控制器和通讯线路的物理连接，提高can总线的驱动能力和可靠性。
为了进一步提高系统的抗干扰能力，lpc2119引脚tx1、rx1与收发器tja1050并不是直接相连的，而是通过高速光耦6n137后与tja1050相连。
电路中可采用隔离型dc/dc 模块向收发器电路供电。
dc/dc模块采用金升阳的b0505s-1w定电压输入隔离非稳压单输出型dc/dc模块，隔离电压≥1000vdc。
这样就可以很好地实现总线上各接点的电气隔离，这部分电路虽增加了复杂性，但却保证了稳定性和安全性。
tja1050与can总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施，canh和canl与地之间并联了两个小电容ch和cl可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。
电容值须由节点的数量和波特率决定，当tja1050 的输出级阻抗大约是20ω，总线系统有10个节点速度是500kbps，则电容的值不应该超过470pf。
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。
根据tja1050的特性，本设计中can终端电阻使用了分裂终端，即总线端节点的两个终端电阻都被分成两个等值的电阻，用两个60ω的电阻代替一个120ω的电阻,这样可以有效的减少辐射。
由于使用了分裂终端，tja1050的emc性能得到优化而且不会产生扼流。
4 can总线应用层通信协议的制定
can总线应用层协议制定的总体目标是最大限度地发挥can总线的优异性能，使通信更加规范、可靠，提高实时性，降低总线负载率。
在设计系统的应用层通信协议时，需要考虑以下两个方面的内容:
（1）结合系统的设计要求，分析通信中所有信息对象，确定需要支持的通信传输模式; （2）确定标识符的分配方案，定义帧格式。
下面分别讨论之。
4.1 确定通信的传输模式
本系统要求实现广播式通信用来对全部从结点或部分从结点发布信息，同时主结点还要具备能够对单个结点进行操作的功能。
因此定义以下三种传输模式:
（1）支持全局／局部广播式通信。
主结点向全部或部分结点发送信息，从结点接收信息后进行相应动作，不回送确认信息。
（2）支持点对点式通信。
主结点向某个从结点发送信息请求数据，从结点接收到请求后读取数据，并向主结点发送请求的数据。
（3）支持点对点式通信。
主结点向某个从结点发送信息，从结点接收到信息后执行相应操作，但不回送确认信息。
4.2 确定标识符的分配方案
确定标识符的分配方案，定义帧格式。
标识符是can总线实现仲裁的依据，也是协议的关键，其分配方案要满足个节点及信息对优先级的要求。
本文在协议中定义了两种类型的帧:信息帧和数据帧。
信息帧用来传送主结点对从结点的命令、配置信息以及通信中的连接响应信息等。
而从结点向上传送过程数据则通过数据帧来实现。
信息帧的优先级高于数据帧。
设计中通信协议采用can2.0a标准帧格式，只用数据帧，不采用远程帧。
报文的格式如表1所示。
本文对11位id进行了重新定义。
dlc用于表示数据域的长度0～7个字节;m/s 用于表示报文的传播方向，0表示主站向从站发消息，1表示从站向主站发消息;b/p表示通信方式，0表示广播式通信，1表示点对点通信;m/d表示帧类型，0表示信息帧，1表示数据帧;id（7-0）用于表示报文标识符;type用于表示报文是单帧报文还是多帧报文，该位为0
时表示单帧或结束帧，该位为1时表示多帧报文;cmd表示命令标识，包括:0a表示上传命令，0b表示下载命令，0c表示联机命令，0d表示报警命令等;data表示数据域。
当上位机需要与子节点进行通信时，可用以上三种模式向can网络节点发送信息帧，can网络中的节点接收到信息帧后，通过判别标识符和命令标识来区别信息帧的类别，并将节点所需要的数据发送出去。
当网络节点发生突发事件时，可随时向上位机报告，上位机同样也是通过标识符来识别数据类型。
5 结束语
本文基于can总线技术，以lpc2119为核心，重点介绍了网络节点的硬件电路设计以及应用层协议的制定。
软件设计部分，在keil uvision3环境下，实现了can控制器的驱动程序和应用层协议，解决了现场传感器得到的测量信号利用下位机进行处理和存储，然后通过内置can控制器将数据发送到can总线上，完成与上位机的通讯。
设计具有通用性，实时性，可扩展性强的特点，现已通过调试，性能稳定，可以移植到其他系统中。