基于C8051F040单片机的CAN总线系统设计
摘要：本设计是基于带有CAN控制器的C8031F040单片机的CAN总线的数据控制系统，通过USB口，实现了两个CAN节点与上位机之间的数据传输。CAN节点是基于C8051F040单片机设计而成的温度采集系统并且可以接收上位机传来的数据。上位机软件是基于VB语言设计而成的与CAN节点交互的接口，主要实现了接收温度数据并通过图表实时显示，与发送数据到CAN节点的功能。本设计对于研究扣了解CAN多节点间的通信争控制的应用有着重要的意义。
关键词：CAN总线；CAN-USB；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。
3 系统软件设计
系统软件设计主要包括CAN通信程序和CAN-USB转换程序设计。此外为了采集CAN节点的数据并发送到上位机显示，还加入了采集单片机内部温度传感器数据程序。CAN通信程序主要完成各节点的CAN数据传输，既能向其他节点发送数据，又能接收其他节点发来的数据以控制相应的LED的亮灭。CAN-USB转换程序主要完成数据的中转，既能接收上位机发来的数据并打包成CAN协议相应的数据，又能将CAN协议数据发到上位机。温度传感器采集主要是对内部的热敏电阻上的电压经过ADC0进行AD转换并转换成实际的温度。
3．1 CAN通信程序流程圈
如图3所示，主要程序包括IO配置、晶振初始化、清除消息RAM、发送接收函数初始化和CAN初始化。
3．2 系统中断处理程序流程图
系统中断处理程序流程图如图4，该程序是响应CAN控制发来的中断请求，主要完成数据的接收工作。
