摘要：本設計是基于帶有CAN控制器的C8031F040單片機的CAN總線的數據控制系統，通過USB口，實現了兩個CAN節點與上位機之間的數據傳輸。CAN節點是基于C8051F040單片機設計而成的溫度采集系統并且可以接收上位機傳來的數據。上位機軟件是基于VB語言設計而成的與CAN節點交互的接口，主要實現了接收溫度數據并通過圖表實時顯示，與發送數據到CAN節點的功能。本設計對于研究扣了解CAN多節點間的通信爭控制的應用有著重要的意義。
關鍵詞：CAN總線；CAN-USB；設計
0 引言
隨著20世紀80年代初期德國Bosch公司提出CAN(Controller Area Network)總線，即控制器局域網方案以解決汽車控制裝置問的通信問題。經過20多年的發展，CAN總線現在廣泛的應用在汽車領域，在汽車控制系統中應用CAN總線可以使硬件方案的軟件化實現，大大地簡化了設計，減小了硬件成本和設計生產成本，數據共享減少了數據的重復處理，節省了成本，可以將信號線減到最少，減少布線，使成本進一步降低等優點。由于CAN總線通信的高性能、高可靠性、及獨特的設計和適宜的價格可以廣泛應用于工業現場控制、智能樓宇、醫療器械、交通工具以及傳感器等領域，所以被公認為是幾種最有前途的現場總線之一。
1 系統總體設計
CAN總線系統總體結構如圖1所示，主要包括上位機控制軟件、USB-CAN轉換模塊、CAN節點、CAN總線介質(本處采用雙絞線)組成。其中一個CAN節點通過USB接口與PC機相連，上位機控制軟件能實時顯示各CAN節點的數據且能通過上位機軟件向各個CAN節點發送數據以控制各節點的8個發光二極管的亮或滅。
2 系統硬件電路
本系統由單片機外圍電路、CAN總線硬件電路和USB-CAN轉換電路組成。單片機外圍電路包括電源電路模塊、復位電路模塊、串口通信模塊。CAN總線硬件電路包括電氣隔離模塊、光耦隔離模塊、CAN驅動器電路。USB-CAN轉換電路包括CH375與單片機接口電路模塊和USB接口電路模塊。
C8051F040單片機內部的控制器局域網(CAN)控制器是一個協議控制器，不提供物理層驅動器(即收發器)，需要外部重新接入物理層驅動器。本處采用TJ1050，TJA1050是控制器區域網絡(CAN)協議控制器和物理總線之間的接口，是一種標準的高速CAN收發器。TJA1050可以為總線提供差動發送性能，為CAN控制器提供差動接收性能。
TJA1050是PCA82C250和PCA82C251高速CAN收發器的后繼產品。其功能框圖如圖2所示。
2．1 CAN總線抗干擾設計
(1)總線阻抗匹配CAN總線的末端必須連接2個120 Ω的電阻，它們對總線阻抗匹配有著重要的作用，不可省略。否則，將大大降低總線數據通信時的可靠性和抗干擾性，甚至有可能導致無法通信。
(2)在TJA1050的CANH、CANI。端與地之間并聯2個30 pF的小電容，以濾除總線上的高頻干擾，防止電磁輻射。
(3)在TJA1050的CANH、CANL端與CAN總線之間各串聯1個5 Ω的電阻，以限制電流，保護TJA1050免受過流沖擊。
(4)在TJA1050、TLP113等集成電路的電源端與地之間加入1個100 nF的去耦合電容，以降低干擾。
3 系統軟件設計
系統軟件設計主要包括CAN通信程序和CAN-USB轉換程序設計。此外為了采集CAN節點的數據并發送到上位機顯示，還加入了采集單片機內部溫度傳感器數據程序。CAN通信程序主要完成各節點的CAN數據傳輸，既能向其他節點發送數據，又能接收其他節點發來的數據以控制相應的LED的亮滅。CAN-USB轉換程序主要完成數據的中轉，既能接收上位機發來的數據并打包成CAN協議相應的數據，又能將CAN協議數據發到上位機。溫度傳感器采集主要是對內部的熱敏電阻上的電壓經過ADC0進行AD轉換并轉換成實際的溫度。
3．1 CAN通信程序流程圈
如圖3所示，主要程序包括IO配置、晶振初始化、清除消息RAM、發送接收函數初始化和CAN初始化。
3．2 系統中斷處理程序流程圖
系統中斷處理程序流程圖如圖4，該程序是響應CAN控制發來的中斷請求，主要完成數據的接收工作。
3．3 USB-CAN轉換程序流程
所有的通訊都由計算機應用層發起，然后以接收到單片機的應答結束，USB-CAN轉換詳細流程如圖5所示。
4 系統與上位機交互結果
圖6是正在采集中的上位機軟件運行情況，圖中2個曲線有一段大的上升和下降是因為把手指放到兩個CAN節點的單片機上時造成了溫度的上升，當放開手后，溫度又逐漸回落。
點擊設置按鈕則右上角的窗口有效，此時可以設置采樣時間，該采樣時間表示多長時間向下位機發送數據包。左邊實時顯示各節點當前的溫度值，右邊的曲線顯示溫度的變化情況。圖中還顯示了向節點1發送15，向節點2發送170。
5 結束語
本文采用C8051HNO單片機作為CAN控制器，采用USB接口和上位機通信，實現了CAN總線的功能，并達到預期效果，體現了CAN總線的實用性。但USB接口芯片能達到全速模式，但是本處設計并未把它的傳播速率快這一特點體現出來，這將在以后的工作中日臻完善。