CAN总线系列讲座第五讲——CAN总线硬件电路设计

Posted 2021-03-05 zhj868

CAN总线系列讲座第五讲——CAN总线硬件电路设计
一  实战学习背景 
CAN总线节点的硬件构成方案有两种,其中的方案:
（1）、MCU控制器+独立CAN控制器+CAN收发器。独立CAN控制器如SJA10000、MCP2515，其中MCP2515通过SPI总线和MCU连接，SJA1000通过数据总线和MCU连接。
该方案编写的CAN程序是针对独立CAN控制器的，程序可移植性好，编写好的程序可以方便的移植到任意的MCU。但是，由于采用了独立的CAN控制器，占用了MCU的I/O资源，并且电路变得复杂。
为了增强针对性,选择”51系列单片机+ SJA1000”的CAN总线节点的硬件构成方案,做入门介绍.
二  51系列单片机CAN总线学习板硬件电路设计 

 
51系列单片机CAN总线学习板采用STC89C52RC作为节点的微处理器。在 CAN 总线通信接口中采用PHILIPS 公司的“独立CAN总线通信控制器SJA1000” 和“高性能CAN总线收发器TJA1040”芯片。图1为51系列单片机CAN总线学习板硬件电路原理图。从图中可以看出，电路主要由七部分构成：微控制器STC89C52RC、独立 CAN 通信控制器 SJA1000、 CAN 总线收发器TJA1040、DC/DC电源隔离模块、高速光电耦合器 6N137、串口芯片MAX232电路、按键及LED灯显示电路。
STC89C52RC初始化SJA1000后，通过控制 SJA1000 实现数据的接收和发送等通信任务。SJA1000 的 AD0~AD7 连接到STC89C52RC的 P0 口，其CS引脚连接到STC89C52RC的 P2.7， P2.7为低电平“0”时，单片机可选中SJA1000，单片机通过地址可控制SJA1000执行相应的读写操作。SJA1000 的 RD、 WR、 ALE 分别与STC89C52RC的对应引脚相连。SJA1000 的INT引脚接STC89C52RC的 INT0，STC89C52RC可通过中断方式访问SJA1000。
为了增强CAN总线的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0引脚通过高速光耦 6N137与TJA1040的引脚TXD和RXD 相连，这样能够实现总线上各CAN节点间的电气隔离。需要特别注意一点：光耦部分电路所采用的两个电源VCC和CAN_V 必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块，51系列单片机CAN总线学习板选用B0505D-1W电源隔离模块。这些电路虽然增加了CAN节点的复杂程度，但是提高了CAN节点的稳定性和安全性。
TJA1040与CAN总线的接口部分采用了一定的安全和抗干扰措施：TJA1040的CANH 和CANL 引脚各自通过一个5欧姆的电阻与 CAN 总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护TJA1040 免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间分别并联了一个30P的电容，可以起到滤除总线上的高频干扰的作用，也具有一定的防电磁辐射的能力。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IN4148，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。
串口芯片MAX232电路用于“51系列单片机CAN总线学习板”下载程序，也可以实现CAN总线转232串口数据转换功能。