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1、 太原理工大学毕业设计(论文)用纸CAN总线通信研究与软件设计摘要现场总线，又称现场网络，是一种工业数据通信总线。在当今时代，现场总线的发展速度非常之快，它的出现为工业的发展提供了非常好的技术保障，为分布式控制系统中的各个节点之间的数据通信提供了非常好的技术保障。CAN总线是一种半双工通信的串行通信网络，属于现场总线的一种，它的数据通信功能强大，能够有效的支持分布式控制或实时控制系统。相比与其它现场总线，CAN总线具有通信快、效率高、易实现、可靠性高等优势，现在已经在很多领域中都得到了应用。本文主要研究CAN总线通信技术的原理及其技术特点，研究了CAN通信的具体流程，包括初始化流程以及发送接收
2、数据流程。运用C语言编写相关单片机程序以及CAN的通信程序实现通信。本次软件设计是在keil4开发环境下进行的，主要编写了串口程序，SPI接口程序以及CAN的初始化、发送和接收数据程序，并与相关硬件设计结合，实现两个CAN节点之间的相互的数据通信。关键词：现场总线；CAN总线；软件设计；通信CAN bus communication research and software designAbstractField bus, also called the network, is a kind of industrial data communication bus. In todays er
3、a, the development of field bus speed is very fast, it provides a very good technical support for the development of industry, for data communication between each node in distributed control system provides a very good technical support. CAN bus is a half-duplex communication serial communication ne
4、twork, belongs to a kind of fieldbus, it has powerful data communication function, CAN effectively support distributed control or real-time control system. Compared with other field bus, CAN bus communication is fast, high efficiency, easy realize and high reliability advantages, now has been applie
5、d in many fields.In this paper, the principle of the CAN bus communication technology and its technical characteristics, research the CAN communication process, including the initialization process and the process to send and receive data. Using C language to write the microcontroller program, and C
6、AN communication program to realize communication.The software design is under the environment of keil4 development, mainly to write a serial program, SPI interface program and CAN the initialization, send and receive data, and combined with relevant hardware design, the two CAN achieve data communi
7、cation between nodes.Key words: The fieldbus；CAN bus; The software design；Communication;ii目录摘要iAbstractii1 绪论11.1 课题背景11.2 选题目的11.3 选题意义11.4 本文结构22 相关技术介绍32.1 CAN总线介绍32.1.1 CAN总线技术简介32.1.2 CAN总线的发展概况42.1.3 CAN总线的特点42.1.4 CAN总线协议介绍52.2 单片机介绍62.2.1 单片机硬件特性72.2.2 单片机发展状况72.2.3 单片机设计82.3 开发环境及开发语言介绍102.
8、3.1 keil uvision4开发环境简介102.3.2 开发语言介绍113 系统设计133.1 设计目的133.2 设计原理及方案133.2.1 CAN总线通信原理133.2.2 软件设计方案133.3 软件设计流程图143.3.1 主程序流程图143.3.2串口设计流程图153.3.2 CAN初始化流程图163.3.3 发送数据子程序流程图183.3.4 接收数据子程序流程图184 系统实现204.1 串口实现204.2 SPI接口实现214.3 MCP2515初始化244.4 CAN发送和接收数据实现265 测试及设计成果分析295.1 硬件连接295.2 下载程序到单片机295.3
9、 结果分析31结 论34参考文献35致谢36外文原文37中文翻译441 绪论1.1 课题背景在现如今科技日益发达的时代，现场总线通信技术已经得到了快速发展，在各个领域中都得到了广泛应用与好评，在这其中，尤其以CAN总线为典型代表。CAN中文名称为控制器局域网，是目前世界上应用领域最广的现场总线之一。CAN作为一种全双工通信的串行数据通讯总线，具有其它现场总线不具有的优势：通信速率高，有独特的设计和自己的规范，具有较高抗电磁干扰性，最重要的一点是它能够检测出在数据通讯中产生的任何错误。即使当信号传输距离非常远，比如达到10公里甚至以上时，CAN的传输速率仍可达到惊人的50kbps。CAN拥有先进
10、的技术，并且可靠性高、功能完善、实用性强，目前在各个自动化控制领域中都以离不开CAN，比如：交通运输业、汽车业、工业控制、电力系统、自动控制等都已经随处可见CAN的应用。在20世纪80年代初期，欧洲汽车产业发展迅猛，当时为了解决汽车控制装置之间的数据传输问题，德国一家名为博世的公司提出了CAN总线这一技术，解决了设备间的通信问题。在当时，由于汽车业发展迅速，使用汽车的用户越来越多，人们对于汽车的功能需求也越来越复杂，而要想实现这些功能，就必须解决信号线需求庞大以及电子装置间复杂的通信等问题。因此博世公司在这个构想的基础上设计出了一种通信总线，并取名为CAN总线。CAN总线刚刚问世不久，英特尔公
11、司就生产出了第一个CAN控制器，此后经过不断地发展，CAN已经有了自己的国际标准,并且已经在很多领域都取得了广泛的应用。1.2 选题目的CAN总线是德国博世公司为解决汽车控制设备之间的数据通信而开发的一种串行数据通信协议，它采用全双工通信技术，通信距离远，通信速率高，速率最高可达到1Mbps。由于CAN的高性能和它的可靠性，CAN已经在越来越多的领域中使用和发展，利用CAN总线进行数据通信非常便捷快速稳定，CAN总线发展的如此迅速，研究CAN总线对它的进步有很大的意义，因此本文就针对CAN总线通信进行研究和探讨。本次毕业设计CAN总线通信系统设计主要实现两个CAN节点之间的数据通信功能。通过进
12、行这个设计来深入的了解和掌握基于单片机的CAN总线的通信原理及通信功能，体验CAN数据通信的强大以及它的高效、便捷等优点。1.3 选题意义现场总线通信是现今各个领域中应用广泛且通信效果好的一种通信技术，生命力强大。现场总线是一种能够进行双向数据通信的、网络智能化的通信技术。现场总线通信系统采用双绞线、多回路的全数字化信息进行数据传输，大大节省了整个系统的成本，提高了整个系统的可靠性和抗干扰能力。另外，现场总线还具有可互连和可互操作的优点，可对各个设备的通信进行很好地梳理。这更加提高了它的通信功能和通信的实时性。现场总线通信已经成为了非常普遍的通信技术。CAN总线即是一种现场总线，具有现场总线的
13、优点，同时又具有自身的优势。CAN总线具有成本低、效率高、实时性高和可靠性高的特点，这些特点使其已经成为在全世界范围内得到广泛使用的现场总线之一。由于CAN总线具有先进的通信技术，它的应用已经不再局限于汽车工业，而是已经被广泛应用到交通运输、医疗等各个领域。研究CAN总线通信对我们更深入的了解CAN总线，掌握CAN总线的通信原理和通信协议，进一步的学习CAN总线，设计成一个CAN总线的通信系统有很大的帮助。研究CAN总线通信让我们了解CAN总线在各个生活领域当中的具体应用都具有非常大的价值，让我们对CAN总线目前的发展状况有明确的认识，这更有利于CAN总线通信技术今后的发展，有利于工业控制系统
14、在计算机领域中的发展。1.4 本文结构本文拟从以下几个方面介绍CAN总线通信系统及本次相关设计：1. 第一章是绪论，介绍课题背景、选题目的以及选题意义。2. 第二章是对本次设计所用到的相关技术和原理的介绍，包括CAN总线的基本概念、CAN总线特点以及CAN总线在当今国内外的发展现状进行介绍，本次设计使用的单片机设计部分简单介绍，还有对本次软件开发环境及相关技术的介绍。3. 第三章分析CAN总线通信原理、本次软件设计方案以及软件设计的流程图。4. 第四章是本次软件设计的具体模块设计，包括串口设计，SPI设计以及CAN通信设计。5. 第五章是本次设计的设计成果展示。2 相关技术介绍2.1 CAN总
15、线介绍CAN是指控制器局域网络，是由著名的德国博世公司在研发汽车通信设备时想象出来并开发成的一种通信协议，CAN属于现场总线的一种，随着不断发展，现如今CAN已经有了自己的国际标准，这是相比于其它总线的一个巨大优势，CAN已经成为当今世界各个领域中应用最广泛的现场总线之一。CAN总线通信协议的发展非常迅速，已经成为北美和西欧在汽车计算机和嵌入式工业领域中的主要通信协议，在欧洲已经发展为汽车网络的标准协议。在上世纪80年代，随着工业技术的不断发展，汽车工业得到了快速的发展，人们对汽车的使用越来越多，功能需求也越来越广，这就出现了一系列问题，比如电子控制系统间的数据通信问题、线束多的问题等，为了解决这些问题适应广大汽车用户的需求从而提出了CAN总线的构想，发明了CAN总线通信技术。因为CAN总线
