控制器局域網總線(CAN，Controller Area Network)是一種用于實時應用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN協(xié)議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動化和工業(yè)應用。CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數據通訊、提供實時支持、傳輸速率高達1Mb/s、同時具有11位的尋址以及檢錯能力。

控制器局域網CAN( Controller Area Network)屬于現場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網絡。是由德國博世公司在20世紀80年代專門為汽車行業(yè)開發(fā)的一種串行通信總線。由于其高性能、高可靠性以及獨特的設計而越來越受到人們的重視，被廣泛應用于諸多領域。而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10km時，CAN仍可提供高達50kbit/s的數據傳輸速率。由于CAN總線具有很高的實時性能和應用范圍，從位速率最高可達1Mbps的高速網絡到低成本多線路的50Kbps網絡都可以任意搭配。因此，CAN己經在汽車業(yè)、航空業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領域中得到了廣泛應用。隨著CAN總線在各個行業(yè)和領域的廣泛應用，對其的通信格式標準化也提出了更嚴格的要求。1991年CAN總線技術規(guī)范(Version2.0)制定并發(fā)布。該技術規(guī)范共包括A和B兩個部分。其中2.0A給出了CAN報文標準格式，而2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。美國的汽車工程學會SAE在2000年提出了J1939協(xié)議，此后該協(xié)議成為了貨車和客車中控制器局域網的通用標準。CAN總線技術也在不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的CAN是基于事件觸發(fā)的，信息傳輸時間的不確定性和優(yōu)先級反轉是它固有的缺陷。當總線上傳輸消息密度較小時，這些缺陷對系統(tǒng)的實時性影響較小;但隨著在總線上傳輸消息密度的增加，系統(tǒng)實時性能會急劇下降。為了滿足汽車控制對實時性和傳輸消息密度不斷增長的需要，改善CAN總線的實時性能非常必要。于是，傳統(tǒng)CAN與時間觸發(fā)機制相結合產生了TTCAN(Time-Triggered CAN)，ISO11898-4己包含了TTCAN。 TTCAN總線和傳統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)的區(qū)別是：總線上不同的消息定義了不同的時間槽(Timer Slot)。

紡織業(yè)是我國一大傳統(tǒng)行業(yè)，隨著國際棉紡織技術向優(yōu)質、高產、自動化、連續(xù)化方向的迅速發(fā)展，提高我國紡織產業(yè)的機電一體化水平，實現工藝參數的智能化是各紡織企業(yè)的工作重點。

電子送經卷取系統(tǒng)是紡織工藝流程的一個重要環(huán)節(jié)，其控制性能的優(yōu)劣直接影響著工藝過程及織機的效率。然而，通信又是該系統(tǒng)的關鍵技術，使得電子送經卷取系統(tǒng)通信的設計受到國內外紡織公司(德國的百格拉，意大利的舒美特等公司)的高度重視，提出了多種設計方案。然而，中國用戶仍然面臨著劍桿織機送經和卷取系統(tǒng)的價格昂貴、操作復雜，數據傳輸效率低等問題。

CAN(控制器局域網)總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，與其它通訊相比，其數據通信具有突出的靈活性和可靠性。ARM控制器可以滿足一般的工業(yè)控制的需要，其具有減少系統(tǒng)硬件設計的復雜度和性價比高等優(yōu)點而得到廣泛應用。

1 送經卷取系統(tǒng)的總體設計

根據技術及經濟需求，本設計選取ARM7-LPC2194為主控制器，作為CAN網絡節(jié)點控制器，(其中LPC2194內部集成有四路CAN控制器而不必外接CAN控制器)，應用CAN總線技術和接口電路，實現了節(jié)點間的高效數據交換和傳輸。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設計

2.1 系統(tǒng)CAN總線的實現

送經卷取系統(tǒng)主要由內部集成有四路CAN控制器的ARM7-LPC2194芯片、光電隔離器TLP2631、CAN收發(fā)器PCA82C250及送經卷取驅動器等元件組成，其結構如圖2所示。

本設計分別將協(xié)議控制器通過串行數據輸出線TX和串行數據輸入線RX連接到光電隔離器TLP2631的3管腳和7管腳，實現了光電隔離。利用CAN收發(fā)器。PCA82C250將從光電隔離器TLP2631輸出的差動的總線信號轉換成邏輯信號電平并在RxD輸出，接收到的串行數據通過與總線電纜相連的差動發(fā)送和接收總線終端CANH和CANL將數據送到總線協(xié)議控制器譯碼，完成了普通電平到顯、隱性電平的傳輸。CAN總線獲取顯、隱性電平后，再經過PCA82C250和光電耦合器TLP2631將數據傳輸給送經驅動器、卷取驅動器的CAN接收端口，從而實現了基于CAN總線的數據傳輸。

2.2 系統(tǒng)抗干擾的設計

信號數據傳輸過程中，存在著擾動，為此本設計采取以下措施來克服干擾的影響：

1)為了滿足光電隔離的要求，本設計在協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器之間加入了TLP2631光電隔離器，有效地抑制了傳輸線中由于耦合電容、電感造成的干擾，實現了不同電平的轉換。

2)為了匹配數據總線的阻抗和提高數據傳輸的抗干擾能力，在CAN總線終端的兩端加有兩個120 Ω總線阻抗匹配電阻。若不接這兩個電阻，有時甚至無法通信。采用屏蔽雙絞線以減少現場環(huán)境對結點的干擾。

3 系統(tǒng)的軟件設計

送經卷取系統(tǒng)的軟件設計是實現數據高效通信的關鍵，本文的軟件部分主要由數據采集程序和CAN總線通信程序設計兩部分組成。其中數據采集程序可參考文獻，本文重點論述CAN通訊程序的設計。

3.1 開發(fā)環(huán)境

軟件開發(fā)環(huán)境，選用ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境，ADS是ARM微控制器集成開發(fā)工具。ADS1.2支持ARM10之前所有ARM系列，支持軟件調試及JTAG硬件仿真調試，支持匯編語言、C/C++源程序;具有編譯效率高、系統(tǒng)庫功能強等特點;可以在WINDOWS 98、WINDOWS XP、WINDOWS 2000上運行。

控制器局域網(CAN)廣泛應用于汽車、航空電子、船舶和工業(yè)的應用中。而這些應用具有共同特點，即需要長時間開發(fā)且其產品生命周期較長。因此，對于CAN總線和相關半導體元器件而言，針對停產元器件的供應鏈管理則起著至關重要的作用。

羅徹斯特電子是半導體全周期解決方案提供商，擁有海量元器件現貨庫存，包括停產元器件和未停產器件。此外，基于原廠授權許可，還可對停產元器件進行復產。羅徹斯特電子擁有超過300萬片CAN相關產品的現貨庫存，覆蓋200多種產品型號。其中包括獨立的CAN收發(fā)器、具有嵌入式CAN控制器的微控制器和微處理器、以及基于CAN的系統(tǒng)基礎芯片(SBC)。

羅徹斯特電子具備長期穩(wěn)定的供貨能力，以英特爾82527 CAN控制器的許可復產為例，該產品為眾多CAN設計奠定了基礎。2005年，英特爾將該產品的制造、生產和測試轉交給了羅徹斯特電子。該產品與Bosch CC770 CAN控制器兼容。即使其他產品退出市場，羅徹斯特電子仍可通過現貨庫存或不斷的長期生產，為該產品提供持續(xù)可靠的供貨支持。

除生產服務外，羅徹斯特電子還可通過復制解決方案以實現持續(xù)供貨。我們曾為全球乘客運輸系統(tǒng)的領導者——蒂森克虜伯電梯，成功復產了恩智浦P80C592微控制器，該產品中配有嵌入式CAN控制器。羅徹斯特電子獲得了該產品設計和測試的原始數據，并成功將其復產，確保了蒂森克虜伯能夠持續(xù)生產。這樣帶來的好處是無需進行任何軟件或硬件修改，避免了高成本的重新設計或重新鑒定。