基于C8051F040单片机的CAN总线和RS-232串口通信设计

基于C8051F040单片机的CAN总线和RS-232串口通信设计

本设计完成了CAN总线与RS-232软件设计。本设计的创新点是：CAN总线与RS-232接口数据通信速率以及通信帧格式都不同，解决了这两点不同，从而实现了数据在CAN总线与RS-232接口之间的交互传输。本文完成了基于C8051F040单片机控制的CAN与RS-232转换的研究与设计，设计了C8051F040单片机对RS-232串口和CAN总线的控制，解决了CAN总线与RS-232接口数据通信速率以及通信帧格式不同的技术问题，实现了RS-232接口数据与CAN总线数据的相互传输。

1 概述

1. 1 CAN总线

标准CAN的标志符长度是11位，而扩展格式CAN的标志符长度可达29位。CAN协议2.0A版本规定CAN控制器必须有一个11位的标识符。而2.0B版本中规定，CAN控制器的标志符长度可以是11位或者29位。遵循CAN2.0B协议的CAN控制器可以发送和接收11位标识符的标准格式报文或29位标识符的标准格式报文。如果禁止CAN2.0B，则CAN控制器只能发送和接收11位标识符的标准格式报文，而忽略扩展格式的报文结构，但不会出现错误。C8051F040所集成的CAN控制器为2.0B。

数据帧是携带数据由发送器至接收器的帧，是CAN的4种帧格式之一，这4种帧格式分别是数据帧、远程帧、出错帧和超载帧，其中数据帧结构如图1所示。

1)帧起始：标志数据帧的起始，仅由一个“显性”位组成，只在总线空闲时才允许节点开始发送信号;2)仲裁场：标准格式帧与扩展格式帧的仲裁场格式不同。标准格式里，仲裁场由11位识别符和远程发送请求位组成，识别符位为ID-28～ID-18。扩展格式里，仲裁场包括29位识别符、替代远程请求位、识别符扩展位和远程发送请求位。其识别符为ID-28～ID-0;3)控制场：由6个位构成，前2位为保留位，为显性，后4位为数据长度码，表示数据场中数据的字节数，必须在0～8范围内变化;4)数据场：由被发送数据组成，数目为控制场中决定的0～8个字节，第一个字节的最高位首先被发送;5)CRC场：包括CRC序列和CRC界定符;6)ACK场：长度为2位，包含应答间隙和应答界定符;7)帧结尾：由7个位“隐形”位组成，此期间无位填充。

1. 2 RS-232

2 系统硬件描述

CAN总线数据和RS-232串口数据的速率、数据格式都不同，为实现相互传输的功能需求，就需要RAM缓存。硬件结构图如图2所示。

3 软件设计

3. 1 初始化

3.2 RS-232转CAN总线

RS-232传输1字节，而CAN总线传输的是8字节，这要求在通信过程中实现数据匹陪、格式匹配。该模块采用，在串口接收中断中，直接把接收到的串口数据存到8字节的缓存中，计数满八位。则标志位置1，主函数中调用函数send_can1()，将数据发送到CAN总线。从而实现将数据从RS-232传输到CAN总线的功能。流程图如图3所示。

3.3 CAN总线转RS-232

CAN总线数据发送到串口，原理相同，过程相反。CAN总线的数据接收也是在中断中实现，这样实时性好。CAN总线的接收缓存中有数据，则这8个字节的数据依次调用RS-232功能函数void RS232_PUTCHAR()，发送到串口。从而实现将数据从CAN总线传输到RS-232串口的功能。流程图如图4所示。

4 实验检测

为了验证设计的正确性，文中使用Kvaser CanKing和SecureCRT软件来测试。Kvaser CanKing用来接收、发送CAN总线数据，SecureCRT用来接收、发送串口数据，二者都有显示功能。实验结果如图5所示，其证实了设计的正确性。

5 结束语

数据通信在嵌入式系统的功能中占据重要地位，串口通信与CAN总线相互通信都具有各自的重要作用，而两者的交互通信也越来越重要，本文的设计功能明确、结构简单、具有很强的通用性和实用性，并通过了测试验证。

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