CAN总线运用于接口电路设计

CAN总线技术运用于接口电路设计注意事项（图）

2011-08-17 14:24:17 来源:互联网

关键字：CAN总线技术接口电路

CAN 总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，以其高性能和高可靠性在自动控制领域得到了广泛的应用。为提高系统的驱动能力，增大通信距离，实际应用中多采用Philips公司的82C250作为CAN控制器与物理总线间的接口，即CAN收发器，以增强对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。为进一步增强抗干扰能力，往往在CAN 控制器与收发器之间设置光电隔离电路。典型的CAN总线接口电路原理如图1所示。

图1 典型的CAN总线接口电路原理图

1 接口电路设计中的关键问题

1.1 光电隔离电路

光电隔离电路虽然能增强系统的抗干扰能力，但也会增加CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，导致通信速率或距离减少。82C250等型号的CAN收发器本身具备瞬间抗干扰、降低射频干扰(RFI)以及实现热防护的能力，其具有的电流限制电路还提供了对总线的进一步保护功能。因此，如果现场传输距离近、电磁干扰小，可以不采用光电隔离，以使系统达到最大的通信速率或距离，并且可以简化接口电路。如果现场环境需要光电隔离，应选用高速光电隔离器件，以减少CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，如高速光电耦合器6N137，传输延迟时间短，典型值仅为48 ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。

1.2 电源隔离

光电隔离器件两侧所用电源Vdd与Vcc必须完全隔离，否则，光电隔离将失去应有的作用。电源的隔离可通过小功率DC/DC电源隔离模块实现，如外形尺寸为DIP-14标准脚位的5 V 双路隔离输出的小功率DC/DC模块。

1.3 上拉电阻

图1中的CAN收发器82C250的发送数据输入端TXD与光电耦合器6N137的输出端OUT 相连，注意TXD必须同时接上拉电阻R3。一方面，R3保证6N137中的光敏三极管导通时输出低电平，截止时输出高电平；另一方面，这也是CAN 总线的要求。具体而言，82C250的TXD端的状态决定着高、低电平CAN 电压输入/输出端CANH、CANL的状态(见表1)。CAN总线规定，总线在空闲期间应呈隐性，即CAN 网络中节点的缺省状态是隐性，这要求82C25O的TXD端的缺省状态为逻辑1(高电平)。为此，必须通过R3确保在不发送数据或出现异常情况时，TXD 端的状态为逻辑1(高电平)。

表1 TXD与CANH、CANL的关系表

1.4 总线阻抗匹配

CAN总线的末端必须连接2个120Ω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。

1.5 其它抗干扰措施

为提高接口电路的抗干扰能力，还可考虑以下措施：

(1)在82C25O的CANH、CANL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。

(2)在82C250的CANH、CANL端与CAN总线之间各串联1个5Ω的电阻，以限制电流，保护82C250免受过流冲击。

(3)在82C25O、6N137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。

2 结语

接口电路是CAN 总线网络中的重要环节，其可靠性与安全性直接影响整个通信网络的运行。本文总结了CAN接口电路设计中应注意的几个关键问题。只有抓住设计中的关键，才能提高多接口电路的质量与性能，确保CAN总线网络安全、可靠地运行。

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笔者用SJA1000作为流量计的CAN控制器，与CPU（单片机）的I/O口直接相连，再通过PCA82C250组成CAN总线。这种结构很容易实现CAN网络节点中的信息收发，从而实现对现场的控制。

SJA1000的AD0～AD7连接到MSP420F149的P0口，INT接到P1.0，/CS接到P1.1，/RD连接到P1.2，/WR连到P1.3，ALE连到P1.4，SJA1000的RX0与TX0分别通过两个高速光耦CNW137与PCA82C250相连后，连到CAN总线上。

PCA82C250为CAN总线收发器，是CAN控制器与CAN总线的接口器件，对CAN总线差分方式发送，其RS引脚用于选择PCA82C250的工作方式：高速方式、斜率方式。RS接地为高速，RS引脚串接一个电阻后再接地，用于控制上升和下降斜率，从而减小射频干扰。RS引脚接高电平，PCA82C250处于

等待状态。此时，发送器关闭，接收器处于低电流工作，可以对CAN总线上的显性位做出反应，通知CPU。实验数据表明15～200K为较理想的取值范围，在这种情况下，可以使用平行线或双绞线作总线，本文中PCA82C250的斜率电阻为取30K。

CNW137为高速光耦，最高速度为10Mbps，用于保护CAN总控制器SJA1000。CAN总线的终端匹配电阻起相当重要的作用，不合适的电阻会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低，甚至无法通信，范围为108～132Ω，本文使用的电阻为124Ω。

SJA1000的功能简介

CAN通信协议主要由CAN控制器完成。SJA1000是适用于汽车和一般工业环境控制器局域网(CAN)的高集成度独立控制器，具有完成高性能通信协议所要求的全部必要特性，具有简单总线连接的SJA1000可完成物理层和数据链路层的所有功能，应用层功能可由微控制器完成，SJA1000为其提供了一个多用途的接口。

SJA1000是一个独立的CAN控制器，它是Philips公司另一个CAN控制器PCA82C200的后继产品，在软件和引脚上均与PCA82C200兼容。但它不仅仅是PCA82C200的一个简单替代产品，它增加了许多新的功能，使得其性能更佳，尤其适用于对系统优化、诊断和维护要求比较高的场合。

SJA1000的功能框图如图2所示，由以下几部分构成：接口管理逻辑；发送缓冲器，能够存储1个完整的报文（扩展的或标准的）；验收滤波器；接收FIFO；CAN核心模块。

82C250功能简介