基于Cortex-M3的CAN总线通信系统设计
【前言】
现场总线是近20年发展起来的新技术 , CAN 总线是一种应用广泛的现场总线 ,在工业测控和工业自动化等领域有很大的应用前景。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。以Cortex-m3内核的stm32芯片为基础，来开发与实行can总线的通讯系统设计。
【内容】
CAN( controller area network) 总线定义为一种国 内外标准化的多主方式的串行通信总线，拥有很好的 即时通信能力、稳定性、实效性与极强的硬件 CＲC 纠错等特性。CAN 总线最初重点用在汽车控制中心同 车内测量间的数据通信方面，随着科技进步，逐渐扩 展应用在控制、机械、纺织等行业，并逐渐成为控制器 局域网内的主要通信手段，行业认定其是最有进步空 间的现场总线的一种。CAN 总线因具有好的故障隔 离能力，在强噪音环境下误码率低、安全性高等优点 被广泛应用于通信网络中［1－2］。
STM32F103RCT6是一款基于ARM的微控制器产品，引脚数为64，闪存存储器容量为256k字节的增强型芯片。该芯片性能优越，损耗小，片上资源丰富，支持JTAG调试模式，符合我们的设计需要。它自身也具有CAN控制器，波特率最高为1Mb/s，符合CAN协议2.0A和2.0B的规定，能够实现CAN通讯。利用JTAG调试接口对微处理器进行初始化，通过J-LINK下载器向STM32芯片烧录各种应用程序，来控制数据的收发和处理，同时JTAG接口可以为STM32提供3.3V的工作电压，省去了外部电源为它供电。
CAN数据收发模块包含数字隔离器、CAN收发器、CAN端口。数字隔离器选用的是基于ADI公司的磁耦隔离技术的双通道数字隔离器。它处于系统的中间，用来隔离各传感器的节点。CAN收发器的型号为TJA1050，它是CAN协议控制器和物理总线（双绞线）之间的接口，用于将CAN控制器的二进制码流转换为CAN总线的差分信号发送，将CAN总线的差分信号转换为CAN控制器二进制码流接收，主要实现逻辑电平与差分电平的转换。CAN端口提供了两路差分线接口、接地端、电压接口，电压接口外接5V电压源，为TJA1050提供工作电压。[2-2]
【国内外发展与应用状况】
CAN总线在组网和通信功能上的优点以及它的高性能价格比决定了它在许多领域都有广阔的应用前景和发展潜力。大型仪器设备系统复杂，对多种信息进行采集、处理、控制、输出等操作。如医疗器械CT断层扫描仪，为保证其可靠工作，在数据通信上要求功能块间可随意进行数据交换、通信能以广播方式进行、简单经济的硬件接口、通信线尽量少、抗干扰能力强、可靠性高并能自动进行故障识别和自动恢复。但是，这些要求长时间未能得到很好的解决，直至CAN总线技术出现才提供了一个较好的解决方法。测控系统中离不开传感器，由于各类传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式也各不相同，为了便于系统连接，通常要考虑将传感器的输出变换成标准电压或电流信号。即便是这样，在与计算机相连时，必须增加A/D环节。如果传感器能以数字形式输出，就可以方便地与计算机直接相连，从而简化系统结构，提高精度。这种传感器与计算机相连的总线可称为传感器总线。实际上传感器总线仍属于现场总线，关键的问题在于如何将总线接口与传感器一体化。
在广泛的工业控制领域，CAN总线可作为现场设备级的现场总线，与其它总线相比，具有很高的可靠性和性价比。这必将是CAN技术开发应用的一个主要方向。在以往的国内测控领域，由于没有更好的选择，大多采用BITBUS或RS-485作为通信总线。其不足主要有：一主多从，无冗余；数据通信为命令响应，传输率低；错误处理能力弱。采用CAN总线技术后即可解决上述问题。CAN网络上任何一个节点均可作为主节点主动地与其它节点交换数据；CAN网络节点的信息可以分出优先级，这对于有实时性要求的控制提供了方便；CAN的物理层及数据链路层有独特的设计技术，使其在抗干扰以及错误检测等方面的性能均大大提高。CAN的上述特点使其成为诸多工业测控领域中首选的现场总线之一。
