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必发官网|戴奈米克官网|汽车辅助系统CAN总线接口电路设计 —电路图天天读(38

发布时间:2025-04-24 17:34:47| 文章来源:bifa·必发(唯一)中国官方网站科技


  bifa必发唯一官网登录✿◈◈,必发bifabifa必发集团官方网站✿◈◈!bifa✿◈◈!主要包括✿◈◈:单片机✿◈◈、控制器接口✿◈◈、总线收发器和看门狗电路等✿◈◈。采用Philips公司生产的SJA1000控制器和与其配套的 82C250总线物理层协议选择总线介质✿◈◈,设计布线方案✿◈◈,连接成CAN网络✿◈◈。双绞屏蔽线可设两套✿◈◈,在两套介质上同时进行信息传输✿◈◈,接收方只用一个介质✿◈◈。在冗余和非冗余段的连接临界点处进行总线切换✿◈◈。

  硬件电路的设计主要是CAN 通信控制器与微处理器之间和CAN总线收发器与物理总线之间的接口电路的设计✿◈◈。CAN通信控制器是CAN总线接口电路的核心✿◈◈,主要完成CAN的通信协议必发官网必发官网✿◈◈,而CAN总线收发器的主要功能是增大通信距离✿◈◈,提高系统的瞬间抗干扰能力✿◈◈,保护总线✿◈◈,降低射频干扰(RFI)✿◈◈,实现热防护等✿◈◈。看门狗电路主要是实现对电路的监控和复位作用必发官网✿◈◈。

  本设计中✿◈◈,应用到单片机为ATMEL公司51系列的89C51✿◈◈,该型号的单片机应用广泛✿◈◈,技术成熟✿◈◈,市场上价格便宜✿◈◈,而且在学习中所学到的多为该型号✿◈◈,在本次设计中是首选的芯片✿◈◈。89C51单片机作为系统的核心控制部分✿◈◈,但在本设计中不是重点讲解内容✿◈◈,其相关技术应用和引脚特点功能等✿◈◈,可参照其他相关资料✿◈◈。设计的电路原理方框大致如下图所示✿◈◈。设计中为避免出现时钟信号的冲突✿◈◈,对单片机的外接晶振引脚XTAL1✿◈◈、XTAL2不接上外围电路✿◈◈,而是通过控制器SJA1000的时钟信号脚反馈给单片机✿◈◈。同时✿◈◈,对单片机的复位信号处理✿◈◈,RST引脚接上X5045P的RST脚✿◈◈,复位信号可由X5045P输出✿◈◈,在X5045P芯片看门狗外围电路的作用下✿◈◈,减少了以往由电阻✿◈◈、电容组成的简易复位电路造成的不精确✿◈◈、延时高等不良作用✿◈◈,使单片机回复到初始状态✿◈◈,完成复位操作✿◈◈。由于在该电路中要用到单片机的存储作用✿◈◈,存储由SJA1000传输过来的处理数据✿◈◈。因此✿◈◈,脚/EA接上高电平✿◈◈,选用片内ROM✿◈◈。对ALE脚✿◈◈,也即地址锁存有效信号除数端是和控制器 SJA1000的ALE脚接通✿◈◈。

  控制器SJA1000作为本接口电路中的控制部分✿◈◈,应用本设计中✿◈◈,对于SJA1000和单片机的连接✿◈◈,引脚AD0~AD7是和89C51的输出输入脚 P0.0~P0.7相接✿◈◈;SJA1000的片选信号脚/CS必须由微控制器的P2.7口控制否则这个片选输入必须接到VSS 也可以通过地址解码控制例如当地址/数据总线用于其他外围器件✿◈◈,ALE对应ALE✿◈◈,读/写输入脚/WR✿◈◈、/RD✿◈◈,/INT和单片机的/INT0连接✿◈◈,由于在该系统中要用到相同的时钟频率✿◈◈,所以我们要时钟信号引脚CLKOUT和单片机的XTAL1脚相连✿◈◈,达到频率一致的目的✿◈◈;而在复位信号的处理✿◈◈,可以在看门狗外围电路的RST信号输出后再通过和非门电路的相连✿◈◈,很好的实现了电路的复位作用✿◈◈。而对于控制器的收发引脚TX0✿◈◈,TX1与RX0✿◈◈,RX1✿◈◈,在本系统中 TX0✿◈◈、RX0可和收发器82C250的TXD✿◈◈、RXD接通✿◈◈。同时✿◈◈,在和CPU接口中SJA1000 支持对两个著名的微型控制器系列的直接连接80C51 ✿◈◈、68xx ✿◈◈。通过SJA1000 的MODE 引脚可选择接口模式Intel 模式 MODE 高✿◈◈;Motorola 模式 MODE 低✿◈◈。在Intel 模式和Motorola 模式里地址/数据总线和读/写控制信号的连接必发官网✿◈◈。本设计中✿◈◈,正是使用Intel模式✿◈◈。对SJA1000的Vdd1~Vdd3电源输入脚✿◈◈,外接上驱动+5V电压✿◈◈;而Vss1~Vss3输出接地✿◈◈。设计中✿◈◈,对SJA1000提供16Mkz的晶振✿◈◈。

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  82C250是CAN控制器与物理总线间的接口✿◈◈,可以提供对总线的差动发送和接收能力✿◈◈,与IS011898标准完全兼容必发官网✿◈◈,并具有抗汽车环境下的瞬间干扰戴奈米克官网✿◈◈、保护总线的能力✿◈◈。设计中✿◈◈,收发器的接受✿◈◈、发送脚原理上要和SJA1000的发送✿◈◈、接受脚相连接✿◈◈。但这样一来✿◈◈,两者的电气不一致✿◈◈,造成电气隔离✿◈◈,给通信带来麻烦✿◈◈。为此✿◈◈,在它们之间接上高速光耦合器6N137✿◈◈,避开了电气隔离✿◈◈,更好的实现通信联系✿◈◈。82C250的TXD戴奈米克官网✿◈◈、RXT就对应接上6N137的输出脚OUT和输入脚 IN✿◈◈;脚Rs作为斜率控制电阻输入端✿◈◈,电阻的大小可以割据总线通信速度适当调整一般在16~140K之间✿◈◈,设计中Rs阻值为47K✿◈◈。在通过接一个 47K电阻分流之后✿◈◈,可以接地✿◈◈。电压引脚Vcc✿◈◈,其电源电压✿◈◈:4.5V〈 Vcc〈 5.5V✿◈◈,在设计中采用5V电压✿◈◈。Vref作为基准电压输出端✿◈◈,设计中可以接地✿◈◈。而CANH✿◈◈,CANL脚是信号的输入输出✿◈◈,实现对电平信号的传送✿◈◈,通过它们连接上双绞线✿◈◈,完成通信传输✿◈◈。

  X5045P在本设计中做为复位✿◈◈、监控电路使用✿◈◈,虽然增加了电路连接的复杂和成本✿◈◈,但对于电路的稳定和可靠性有起到很大的作用✿◈◈,是系统中不可缺少的部分✿◈◈。对X5045的操作是通过4根口线CS✿◈◈、SCK✿◈◈、SI和SO进行同步串行通信来完成的✿◈◈。SCK是外部输入的同步时钟信号✿◈◈。在对芯片定改指令或数据时✿◈◈,时钟前沿将SI引脚信号输入✿◈◈;在读邮数据时✿◈◈,时钟后沿将数据位输出到SO引脚上✿◈◈。数据的输入/输出都是高位在先✿◈◈。在设计中✿◈◈,/CS脚和单片机P1.0✿◈◈、 SI✿◈◈、 SCK戴奈米克官网✿◈◈、SO戴奈米克官网✿◈◈、RST分别与单片机的引脚P1.0~P1.3✿◈◈、RST连接✿◈◈。对于不用到的引脚✿◈◈,可以直接和地相连✿◈◈。电路设计如下✿◈◈:

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  设计中✿◈◈,对系统的电源都一致采用DC+5V电压✿◈◈,光耦部分电路所采用的两个电源Vcc和Vdd必须完全隔离✿◈◈。为此✿◈◈,设计电源如下所示✿◈◈:

  它由AH805升压模块及FP106升压模块组成✿◈◈。AH805是一种输入1.2~3V✿◈◈,输出5V的升压模块✿◈◈,在3V电池供电时可输出100mA电流✿◈◈。 FP106是贴片式升压模块✿◈◈,输入4~6V✿◈◈,输出固定电压为291V✿◈◈,输出电流可达40mA✿◈◈,AH805及FP106都是一个电平控制的关闭电源控制端✿◈◈。两节1.5V碱性电池输出的3V电压输入AH805✿◈◈,AH805输出+5V电压✿◈◈,其一路作5V输出✿◈◈,另一路输入FP106使其产生28~30V电压✿◈◈,经稳压管稳压后输出+12V电压✿◈◈。从图中可以看出✿◈◈,只要改变稳压管的稳压值✿◈◈,即可获得不同的输出电压戴奈米克官网✿◈◈,使用十分灵活✿◈◈。FP106的第⑤脚为控制电源关闭端✿◈◈,在关闭电源时✿◈◈,耗电几乎为零✿◈◈,当第⑤脚加高电平2.5V时戴奈米克官网✿◈◈,电源导通✿◈◈;当第⑤脚加低电平0.4V时✿◈◈,电源被关闭✿◈◈。可以用电路来控制或手动控制✿◈◈,若不需控制时✿◈◈,第⑤脚与第⑧脚连接✿◈◈。

  在本电路原理中✿◈◈,控制单元以单片机AT89C51为核心✿◈◈,选用器件SJA1000作为CAN控制器戴奈米克官网✿◈◈,并选用芯片82C250和6N137✿◈◈、X5045P作为CAN控制器接口和光耦合隔离✿◈◈、复位电路✿◈◈。在实际中✿◈◈,应注意以下几个问题

  1. SJA1000的中断请求信号INT在中断允许且有中断发生时✿◈◈,由高电来此跳变到低电平✿◈◈,所以INT和AT0C51的INT0直接相连戴奈米克官网✿◈◈。片选信号CS和单片机引脚P2.7相连✿◈◈,当CS接到低电平时✿◈◈,SJA1000被选中✿◈◈,CPU可对SJA1000进行读/写操作✿◈◈。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力✿◈◈。 SJA1000的TX1脚悬空✿◈◈,RX1引脚的电位必须维持在约0.5VCC上✿◈◈,否则✿◈◈,将不能形成CAN协议要求的电平逻辑✿◈◈。

  2. SJA1000的TxD和RxD并不是直接与82C250的TxD和RxD相连而是通过高速光耦合6N137后与82C250相连✿◈◈,这样就可以很好的实现了总线上个CAN节点的电气隔离✿◈◈,不过应该特别说明一点的是光耦部分电路所采用的两个电源Vcc和Vdd必须完全隔离✿◈◈,否则采用光耦也就失去了意思✿◈◈。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现✿◈◈,这些部分虽然增加了节点的复杂✿◈◈,但是却提高了节点的稳定性和安全性✿◈◈,保护 CAN控制器正常工作✿◈◈。

  现场总线标准及其技术日益成为国际自动控制领域关注的一大焦点✿◈◈,其原因是它改变了传统控制系统的结构✿◈◈,形成了全新的网络集成分布式控制系统✿◈◈。在我国✿◈◈,现场总线已经发展到推广应用阶段✿◈◈,中国已经成为各种现场总线激烈争夺的重要战场✿◈◈。因此研究现场总线技术及其产品就显得尤为重要✿◈◈。本文正是基于控制器 SJA1000和82C250收发器的基础上✿◈◈,外接上看门狗电路芯片X5045P及高速光耦合器6N137✿◈◈,设计CAN总线接口电路✿◈◈,该电路理论上很好的实现了设计原理要求✿◈◈。该设计简单明了✿◈◈,在电路实现时✿◈◈,还需考虑各模块间的接地✿◈◈、屏蔽等诸多问题✿◈◈。PCA82C250提供对物理总线的符合CAN电气协议的差动发送和接收功能✿◈◈,另外✿◈◈,它具有的电流限制电路✿◈◈,还提供了对总线的进一步的保护功能✿◈◈。通过 82C250与物理总线进行连接✿◈◈,可使总线个节点的挂接✿◈◈。对于CAN控制器及带有CAN总线并不是必须使用的器件✿◈◈,因为多数CAN控制器均具有配置灵活的收发接口并允许总线故障✿◈◈,只是驱动能力一般只允许20~30个节点连接在一条总线上✿◈◈。

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