目前工業(yè)設(shè)備之間的通信廣泛使用RS232/RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換器。但是，由于RS485通信本身的局限性，在實(shí)際應(yīng)用中存在許多不足：總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通信的可靠性低、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等。
    基于CAN通信的優(yōu)越性，本文介紹一種可以將RS232通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成CAN通信網(wǎng)絡(luò)的方法，以便更好地解決用戶建立遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的問題。
    1 CAN總線簡介
     1.1 CAN總線概述

     控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN(Controller Area Network)，屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò), 初由德國Bosch公司于20 世紀(jì)80 年代用于汽車內(nèi)部測試和控制儀器之間的數(shù)據(jù)通信[1]。CAN協(xié)議建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型基礎(chǔ)上,但其模型結(jié)構(gòu)只有三層:ISO底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層；其信號(hào)傳輸介質(zhì)可采用雙絞線、同軸電纜和光纖等；通信距離可達(dá)10 km；通信波特率可達(dá)1 Mb/s，可掛設(shè)備多達(dá)110個(gè)。CAN總線具有的特點(diǎn)，被廣泛地被應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場,而且被公認(rèn)為是有前途的現(xiàn)場總線之一。
    1.2 CAN總線工作機(jī)制
    1.2.1 CAN的報(bào)文類型
    CAN系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)之間以報(bào)文的形式進(jìn)行通信，其報(bào)文有五種類型：數(shù)據(jù)幀、錯(cuò)誤幀、過載幀和幀空間[2]。每種幀都有相應(yīng)固定的格式，其中數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀與應(yīng)用密切相關(guān),其他類型幀由CAN控制器根據(jù)具體的情況自動(dòng)傳輸。幀種類及用途如表1所示。

    1.2.2 CAN節(jié)點(diǎn)的仲裁機(jī)制
    只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報(bào)文。訪問總線的節(jié)點(diǎn)可獲得總線控制權(quán)。如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始傳送報(bào)文，就會(huì)有總線訪問沖突，可以使用識(shí)別符的位形式仲裁解決這個(gè)沖突。仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果發(fā)送的是隱性電平而監(jiān)控到的是顯性電平，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。ID越小優(yōu)先權(quán)越高，發(fā)送高優(yōu)先級(jí) ID 消息的節(jié)點(diǎn)可獲得發(fā)送權(quán)。
    1.2.3 CAN節(jié)點(diǎn)的報(bào)文濾波機(jī)制

    CAN 控制器監(jiān)聽接收總線上的所有報(bào)文，只有通過CAN控制器的報(bào)文篩選器篩選的報(bào)文才能進(jìn)入CAN 的報(bào)文接收緩沖區(qū)，為該節(jié)點(diǎn)所接收并傳送給應(yīng)用程序。
    1.2.4 CAN節(jié)點(diǎn)狀態(tài)
    CAN總線上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于“錯(cuò)誤主動(dòng)”、“錯(cuò)誤被動(dòng)”和“總線關(guān)閉”三種狀態(tài)之一。處于錯(cuò)誤主動(dòng)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線上有錯(cuò)誤傳輸時(shí)，將向總線上發(fā)“主動(dòng)出錯(cuò)幀”；處于錯(cuò)誤被動(dòng)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線上有錯(cuò)誤傳輸時(shí)，將向總線上發(fā)“被動(dòng)出錯(cuò)幀”；當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入總線脫離狀態(tài)時(shí)，將完全退出總線操作。
    2 硬件電路設(shè)計(jì)
    2.1 硬件設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)的傳輸方式還是邏輯電平的電壓表示都是不同的，本設(shè)計(jì)主要完成RS232接口與CAN總線協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)原理如圖1所示。RS232接口端信號(hào)經(jīng)過RS232電平轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離的CAN收發(fā)器發(fā)送到CAN總線上。
     本設(shè)計(jì)采用的RS232電平轉(zhuǎn)換器為MAX232，微控制器為ATmega128，CAN總線控制器采用SJA1000，CAN總線收發(fā)器采用高速的具有收發(fā)和隔離功能的CTM1050控制器。ATmega128是整個(gè)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(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接,必須在RS232接口與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。MAX232芯片可完成TTL?RS232電平的雙向轉(zhuǎn)換。
     ATmega128單片機(jī)是基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器,為AVR單片機(jī)系列中的高性能單片機(jī)。SJA1000是一種獨(dú)立的CAN控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)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(shù)規(guī)范[3]。SJA1000可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能,由CAN模塊、發(fā)送緩沖區(qū)、接收FIFO、驗(yàn)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(fā)器芯片，它的主要功能是將CAN 控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平并且具有直流2 500 V的隔離功能及ESD 保護(hù)作用。該芯片符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)，可與其他遵從ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)的CAN 收發(fā)器互連。
    3 軟件設(shè)計(jì)
     本設(shè)計(jì)程序主要包括：串口初始化程序、單片機(jī)接收串口中斷服務(wù)子程序、單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到串口中斷服務(wù)子程序、單片機(jī)接收CAN數(shù)據(jù)子程序、單片機(jī)發(fā)送CAN數(shù)據(jù)程序以及一些異常錯(cuò)誤處理子程序等等。程序流程圖如圖3所示。

    本設(shè)計(jì)可以將RS232通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成CAN通信網(wǎng)絡(luò)，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)RS232多點(diǎn)組網(wǎng)以及遠(yuǎn)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(yīng)用領(lǐng)域，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到更先進(jìn)的水平。

    參考文獻(xiàn)
[1]  王黎明，夏立，邵英，等．CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]． 北京：電子工業(yè)出版社，2008．

[2]  饒運(yùn)濤，鄒繼軍，鄭勇蕓，等．現(xiàn)場總線CAN 原理與應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003．

[3]  PHILIPS Corporation.SJA 1000 stand-alone CAN controller product specification[S].2000．

[4]  夏繼強(qiáng)．現(xiàn)場總線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005．

[5]  RS232 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/RS232_585128.html.

[6]  TTL datasheet http://hbjingang.com/datasheet/TTL_1174409.html.

[7]  MAX232 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/MAX232_1074207.html.

[8]  ATmega128 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/ATmega128_144651.html.

[9]  SJA1000 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/SJA1000_609075.html.