1 概述
    作為一種技術*、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網絡通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應用到各個自動化控制系統中。例如，在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統、安防監控等各領域，CAN-bus都具有不可比擬的*性。
    根據各個不同應用領域的設計特點，本文提出了幾種CAN-bus應用系統的硬件方案。
    2 基本CAN-bus節點
    2.1 應用范圍
    ● 各種自動控制網絡，比如樓宇自動化、儀表自動控制、數據遠程傳輸、電機控制等
    ● 可實現遠距離傳輸（≤ 10KM），工作速率可調（1Mbps≥ 通訊速率≥ 5Kbps）
    ● 升級原有的RS-485網絡
    ● 2線式通訊
    2.2 基本電路
    圖1 基本CAN節點原理圖
    2.3 電路特點
    可與應用廣泛的80C51系列單片機直接接口，電路簡單，使用方便；
    采用DC-DC模塊與光電隔離器件，可抑制電磁干擾，保護系統電路不受網絡影響；
    2線式通訊，各總線節點需自備電源供應；
    根據通訊速率調整斜率電阻R33的值，一般在16K～140K之間。
    2.4 元件選型
    ● CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000，工作于BasicCAN模式或PeliCAN模式下，可直接與IN的80C51核MCU或MOTOROLA的MCU接口。
    ● CAN收發器采用PHILIPS的P82C250/251，可以在低至5Kbps的傳輸速率下工作，滿足遠距離傳輸數據時的低速率要求。
    ● 采用高速光耦來實現收發器與控制器之間的電氣隔離，保護控制系統電路。光耦選擇高速器件，推薦型號：6N137或TLP113，以滿足在zui高速率1Mbps下的電氣響應。
    ● 為了保證系統能夠可靠工作，并提高抗*力，電路中采用隔離型DC/DC模塊向收發器電路供電。推薦采用定電壓輸入隔離非穩壓單輸出型DC/DC模塊，隔離電壓≥1000VDC，推薦型號： B0505S-1W或B0505LS-1W，可以向收發器電路提供≤200mA的電流；也可以選擇IB0505LS-W75，可向收發器電路提供穩定、低噪聲的5VDC，輸出電流≤150mA，并帶有輸出短路保護，且引腳與B0505LS-1W*兼容。
    ● 微處理器可以選用PHILIPS的P87C51X2，6 Clock下的zui高時鐘頻率可達30MHz，具有3個定時/計數器，雙DPTR，足以滿足CAN-BUS在zui高速率1Mbps下的應用。
    2.5 軟件流程
    對于圖1所示的基本CAN節點，其控制軟件應按模塊化設計，一般由以下幾個部分組成：
    SJA1000初始化模塊
    SJA1000接收數據模塊
    SJA1000發送任務模塊
    SJA1000錯誤處理模塊
    其他系統任務模塊
    
    根據所處理任務的不同，“其他系統任務模塊”也有所不同。在這里，關于SJA1000的控制模塊程序設計，應是系統的重點之一。各模塊之間的銜接關系如下圖所示：
    
    
    
     圖2 基本CAN節點軟件流程
    
    對于具有復雜功能的項目開發，建議采用RTOS（實時操作系統）作為任務調度的核心程序，以節約開發時間，提高系統的實時性。例如，可以采用KEIL C51中內嵌的實時多任務操作系統RTX51，或者采用uCOSII操作系統。其中，RTX51支持SJA1000芯片和P97C591芯片的內聯CAN驅動程序，免去了大量的芯片編程工作，可大大縮短項目的開發周期。
    
    3 向網絡供電的DeviceNet節點
    
    3.1 應用范圍
    
    DeviceNet中的供電節點
    采用5線通訊
    高速數據通訊
    可以向網絡中的其他節點供電
    
    3.2 基本電路框圖
    
    
    
    圖3 DeviceNet中的向網絡供電節點功能框圖
    
    5線式通訊（信號線CAN_H、CAN_L；屏蔽線DRAIN、電源線CAN_V+、CAN_V-）
    主干線/分支線結構
    zui多可支持64個節點
    同時支持網絡供電（傳感器）和自供電（執行器）設備
    可選數據通訊速率（125Kbps、250Kbps、500Kbps）
    可調整的電源結構，大電流容量，以滿足各分類應用的需要
    
    3.4 元件選型
    
    3.5 軟件開發流程框圖
    
    ● CAN控制器采用PHILIPS的獨立CAN控制器SJA1000芯片。如果僅作為小型傳感器或實現簡單功能電路，可以采用集成CAN控制器的PHILIPS P87C591微處理器芯片。
    
    ● CAN收發器選用PHILIPS的高速CAN收發器TJA1040或TJA1050，具有速率高、低功耗、電磁性能*等特點，自檢錯能力強，還可工作于睡眠模式。
    
    ● 采用高速光耦來實現收發器與控制器之間的電氣隔離，保護系統電路。光耦選擇高速器件，推薦型號：6N137或TLP113，以滿足在zui高速率500Kbps下的電氣響應。
    
    ● 根據應用系統消耗電流的大小、DeviceNet網絡電源標準來選擇電源模塊電路。第1組＋5V電源，如消耗電流≤50mA時，可采用線性穩壓器，比如LM7805等；如電路消耗電流≥50mA時，采用開關電源作為電源供應部件，比如LM2575、MC34063等。第2組＋5V電源，可采用DC-DC模塊實現。系統電源與網絡電源之間還應該考慮采取合理的電氣隔離措施。根據以上因素，整個電源模塊電路可選用一體式的DC-DC模塊，例如：寬壓輸入定壓輸出隔離模塊WRD242405等
    
    用戶也可在輸出電流滿足DeviceNet協議要求的前提下自行選擇DC-DC電源。為了確保該系統的安全，建議在DC/DC模塊及系統的輸入和輸出端接TVS、共模扼流圈、極性保護，以防止雷擊、浪涌、極性反接，起良好的保護效果。
    
    ● 微處理器可以選用PHILIPS的P89C668芯片，內含64K FLASH、8K RAM，可工作于6 Clock模式，晶振頻率可達30MHz，足以滿足在DeviceNetzui高波特率500Kbps下大量的數據傳輸、數據采集、DeviceNet協議解析等復雜功能的應用要求。
    
    基于DeviceNet協議的控制軟件開發，主要難點在于編寫符合DeviceNet協議的程序軟件。為提高開發效率，可以選擇購買DeviceNet控制軟件模塊；這些軟件模塊由C語言編寫，易于理解，移植方便。
    
    需要注意：DeviceNet節點中主節點、從節點的設計模型并不相同。一般來說，DeviceNet軟件開發流程如下所示：
    
    
    
    圖4 DeviceNet節點軟件開發流程
    
    4 由網絡供電的DeviceNet節點
    
    4.1 應用范圍
    
    DeviceNet中由網絡供電的節點
    5線通訊
    高速數據通訊
    無需獨立輸入電源
    可用作為通用CAN-BUS節點
    適合于傳感器設備、微型執行器設備
    
    4.2 基本電路框圖
    
    
    
    圖5 DeviceNet中的由網絡供電節點功能框圖
    
    4.3 元件選型
    
    CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000芯片。如果針對小型應用系統的設計要求，可以采用集成CAN控制器的PHILIPS P87C591微處理器芯片。
    
    CAN收發器選用PHILIPS的高速CAN收發器TJA1040或TJA1050，具有速率高、低功耗、電磁性能*等特點，自檢錯能力強，可工作于睡眠模式。
    
    采用高速光耦來實現收發器與控制器之間的電氣隔離，保護系統電路。光耦選擇高速器件，推薦型號：6N137或TLP113，以滿足在zui高速率500Kbps下的電氣響應。
    
    采用DC-DC模塊向應用系統供應電源，可有效抑制干擾，提高可靠性。由于網絡電源存在電壓波動大（電壓波動＞±30%）、干擾信號多等缺點，因此，應該選擇寬電壓輸入隔離（隔離電壓≥1000VDC）穩壓單輸出型DC/DC模塊給系統供電。推薦型號：金升陽的PH2405S-01（Vin：9～27VDC，Vout：5VDC，Iout ：100～200mA）；或者，根據具體應用系統內核所需功率不同，也可選用PH2405D-03（Vin：9～27VDC，Vout：5VDC，Iout ：≤500mA）。為確保該系統的安全，建議在DC/DC模塊及系統的前端接TVS、共模扼流圈、極性保護，以防止雷擊、浪涌、極性反接，起良好的保護效果。
    
     微處理器可以選用PHILIPS的P87C58X2芯片，內含32K EPROM，可工作于6 Clock模式，晶振頻率可達30MHz，滿足DeviceNet的通訊任務編程要求。
    
    4.4 軟件開發流程框圖
    
    軟件開發流程與圖4相同。
    
    5 推薦開發工具
    
    仿真器： 采用HOOKS技術的TKS系列仿真器 等
    調試工具 DP-51下載實驗儀、DP-668下載實驗儀 等
    調試環境： Keil C51、TKStudio 等
    實時多任務操作系統： Keil RTX51、uCOSII 等
    CAN分析工具： ZLGCAN接口卡、ZLGCANTEST通用測試軟件
    分析軟件： CANalyst 分析軟件
    
    
    
    
    
    附錄C：SJA1000標準波特率
    
    SJA1000獨立CAN控制器的CAN通訊波特率由寄存器BTR0、BTR1、晶振等參數共同決定。下表列出了一組推薦的BTR0、BTR1設置值，標注＊符號的值是由CiA協會推薦的標準值。
    
    
    
    建議采用16MHz作為SJA1000的工作晶振。用戶也可以根據SJA1000器件配套的參考資料自行計算合適的寄存器BTR0、BTR1設置值。
    
    P87C591的CAN通訊波特率采用同SJA1000一致的計算方法。
    
    參考資料：
    
    《SJA1000獨立的CAN控制器》
    《SJA1000獨立的CAN控制器應用指南》
    《確定SJA1000 CAN控制器的位定時參數》