精品文檔-下載后可編輯RS232通信網絡與CAN總線通信網絡互聯研究目前工業設備之間的通信廣泛使用RS232/RS485信號轉換器。但是，由于RS485通信本身的局限性，在實際應用中存在許多不足：總線效率低、系統的實時性差、通信的可靠性低、網絡工程調試復雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節點少、應用不靈活等。基于CAN通信的優越性，本文介紹一種可以將RS232通信網絡轉換成CAN通信網絡的方法，以便更好地解決用戶建立遠程通信網絡的問題。1CAN總線簡介1.1CAN總線概述控制器局域網絡CAN(ControllerAreaNetwork)，屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡,初由德國Bosch公司于20世紀80年代用于汽車內部測試和控制儀器之間的數據通信[1]。CAN協議建立在國際標準組織的開放系統互聯模型基礎上,但其模型結構只有三層:ISO底層的物理層、數據鏈路層和應用層；其信號傳輸介質可采用雙絞線、同軸電纜和光纖等；通信距離可達10km；通信波特率可達1Mb/s，可掛設備多達110個。CAN總線具有的特點，被廣泛地被應用于各種工業現場,而且被公認為是有前途的現場總線之一。1.2CAN總線工作機制1.2.1CAN的報文類型CAN系統中節點之間以報文的形式進行通信，其報文有五種類型：數據幀、錯誤幀、過載幀和幀空間[2]。每種幀都有相應固定的格式，其中數據幀和遠程幀與應用密切相關,其他類型幀由CAN控制器根據具體的情況自動傳輸。幀種類及用途如表1所示。

1.2.2CAN節點的仲裁機制只要總線空閑，任何單元都可以開始發送報文。訪問總線的節點可獲得總線控制權。如果多個節點同時開始傳送報文，就會有總線訪問沖突，可以使用識別符的位形式仲裁解決這個沖突。仲裁期間，每一個發送器都對發送位的電平與被監控的總線電平進行比較。如果發送的是隱性電平而監控到的是顯性電平，那么這個節點失去了仲裁，必須退出發送狀態。ID越小優先權越高，發送高優先級ID消息的節點可獲得發送權。1.2.3CAN節點的報文濾波機制CAN控制器監聽接收總線上的所有報文，只有通過CAN控制器的報文篩選器篩選的報文才能進入CAN的報文接收緩沖區，為該節點所接收并傳送給應用程序。1.2.4CAN節點狀態CAN總線上每個節點都處于“錯誤主動”、“錯誤被動”和“總線關閉”三種狀態之一。處于錯誤主動狀態的節點，當發現總線上有錯誤傳輸時，將向總線上發“主動出錯幀”；處于錯誤被動狀態的節點，當發現總線上有錯誤傳輸時，將向總線上發“被動出錯幀”；當節點進入總線脫離狀態時，將完全退出總線操作。2硬件電路設計2.1硬件設計原理RS232串口通信與CAN通信是兩種不同的傳輸方式，無論是數據的傳輸方式還是邏輯電平的電壓表示都是不同的，本設計主要完成RS232接口與CAN總線協議之間的轉換。設計原理如圖1所示。RS232接口端信號經過RS232電平轉換成TTL電平，直接輸入到微控制器的通用同步/異步串行接口(USART)，微控制器控制CAN控制器讀出有效的數據經光電隔離的CAN收發器發送到CAN總線上。本設計采用的RS232電平轉換器為MAX232，微控制器為ATmega128，CAN總線控制器采用SJA1000，CAN總線收發器采用高速的具有收發和隔離功能的CTM1050控制器。ATmega128是整個模塊的控制中心，控制著RS232接口和CAN總線的通信。器件連接示意圖如圖2所示。

2.2主要芯片RS232用正負電壓來表示邏輯狀態，與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接,必須在RS232接口與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的變換。MAX232芯片可完成TTL?RS232電平的雙向轉換。ATmega128單片機是基于AVRRISC結構的8位低功耗CMOS微處理器,為AVR單片機系列中的高性能單片機。SJA1000是一種獨立的CAN控制器，主要用于移動目標和一般工業環境中的區域網絡控制，具有新的PeliCAN操作模式，這種模式兼容CAN2.0A和CAN2.0B兩種技術規范[3]。SJA1000可完成CAN總線的物理層和數據鏈路層的所有功能,由CAN模塊、發送緩沖區、接收FIFO、驗收濾波器和接口管理邏輯組成[4]。CTM1050是一款帶隔離的高速CAN收發器芯片，它的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平并且具有直流2500V的隔離功能及ESD保護作用。該芯片符合ISO11898標準，可與其他遵從ISO11898標準的CAN收發器互連。3軟件設計本設計程序主要包括：串口初始化程序、單片機接收串口中斷服務子程序、單片機發送數據到串口中斷服務子程序、單片機接收CAN數據子程序、單片機發送CAN數據程序以及一些異常錯誤處理子程序等等。程序流程圖如圖3所示。

本設計可以將RS232通信網絡轉換成CAN通信網絡，能夠很方便地實現RS232多點組網以及遠程通信，而且不需要更改原有RS232通信軟件，用戶可直接嵌入原有的應用領域，從而使系統設計達到更先進的水平。

參考文獻[1]王黎明，夏立，邵英，等．CAN現場總線系統的設計與應用[M]．北京：電子工業出版社，2022．

[2]饒運濤，鄒繼軍，鄭勇蕓，等．現場總線CAN原理與應用技術[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2022．

[3]PHILIPSCorporation.SJA1000stand-aloneCANcontrollerproductspecification[S].2000．

[4]夏繼強．現場總線工業控制網絡技術[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2022．

[5]RS232datasheet/datasheet/RS232_585128.html.

[6]TTLdatasheet/datasheet/TTL_1174409.html.

[7]MAX232datasheet/datasheet/MAX