雖然CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）可以說是舊技術(shù)并且是為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)在工業(yè)或其他嵌入式應(yīng)用的分布式系統(tǒng)中組合多個(gè)微控制器（MCU）時(shí)，嵌入式設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)它是最簡(jiǎn)單的互連選擇。雙線接口簡(jiǎn)單而強(qiáng)大，帶寬隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而增加。 CAN是可擴(kuò)展的，并且很容易將節(jié)點(diǎn)添加到基于CAN的系統(tǒng)。此外，您將在整個(gè)MCU領(lǐng)域獲得支持。這意味著您可以在分布式系統(tǒng)中部署低端8位MCU與最快的32位MCU，同時(shí)輕松連接分布式網(wǎng)絡(luò)和CAN。在本文中，我們將回顧C(jī)AN技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，并研究支持CAN的新MCU的范圍。

CAN傳統(tǒng)產(chǎn)生可靠性

CAN被認(rèn)為是連接分布式汽車子系統(tǒng)的一種方式，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制，防抱死制動(dòng)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向和其他元件。它與用于汽車信息娛樂和遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用的MOST（媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸）等高速網(wǎng)絡(luò)分開。 CAN主要用于連接對(duì)汽車安全運(yùn)行至關(guān)重要的系統(tǒng)。

由于CAN規(guī)范是針對(duì)相對(duì)惡劣的汽車環(huán)境而開發(fā)的，因此它是許多嵌入式應(yīng)用（如分布式工業(yè)控制系統(tǒng)）的理想選擇。隨著時(shí)間的推移，CAN背后的標(biāo)準(zhǔn)的頒布從SAE（汽車工程師協(xié)會(huì)）轉(zhuǎn)移到ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織），盡管SAE仍然控制著一些以汽車為中心的CAN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

CAN被定義為用于通信網(wǎng)絡(luò)的七層ISO OSI（開放系統(tǒng)互連）模型的數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。該層專注于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的可靠通信。

CAN是一種多主總線，當(dāng)它是免費(fèi)的時(shí)，任何節(jié)點(diǎn)都可以開始傳輸。最多八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的消息以NRZ（非歸零）格式編碼。該消息還包括指示優(yōu)先級(jí)的ID字段。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)嘗試同時(shí)傳輸時(shí)，優(yōu)先級(jí)較高的消息基本上會(huì)覆蓋優(yōu)先級(jí)較低的消息。通信是單雙工的。節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

最初，CAN標(biāo)準(zhǔn)沒有定義PHY（物理層）。隨后，ISO已經(jīng)發(fā)布了CAN的幾種PHY標(biāo)準(zhǔn)。 2003 ISO 11898-2標(biāo)準(zhǔn)定義了最廣泛使用的PHY;網(wǎng)絡(luò)范圍最大為40 m時(shí)，最大帶寬為1 Mbps。節(jié)點(diǎn)沿著雙線電纜連接到網(wǎng)絡(luò)。您可以將數(shù)據(jù)速率降低到較低級(jí)別以擴(kuò)展范圍。例如，網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋500米，速率為125 bps。顯然，與以太網(wǎng)等替代方案相比，速度很快，但對(duì)于許多分布式MCU系統(tǒng)來說已經(jīng)綽綽有余了。

如果您想了解有關(guān)CAN技術(shù)及其應(yīng)用方式的更多信息，您可以在CAN上觀看多個(gè)Digi-Key多媒體產(chǎn)品培訓(xùn)模塊之一。 CAN基礎(chǔ) - 第1部分和基礎(chǔ)知識(shí) - 第2部分，由瑞薩提出，特別有用。

CAN實(shí)現(xiàn)

當(dāng)汽車工程師首次構(gòu)思CAN時(shí)，IC密度相對(duì)較低。多年來，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)使用專用CAN IC來支持網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，典型應(yīng)用可能包括MCU或微處理器，CAN IC和外圍IC，例如連接到傳感器和執(zhí)行器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

今天，MCU幾乎集成了所有系統(tǒng)功能，但實(shí)際的傳感器或執(zhí)行器除外。例如，如果需要監(jiān)控應(yīng)用中某些物體的溫度，可以將熱電偶連接到MCU上的A/D轉(zhuǎn)換器輸入。同樣，驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要外部驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備，但控制算法將在MCU內(nèi)捕獲。

我們現(xiàn)在將討論從瑞薩產(chǎn)品開始包含CAN支持的MCU系列。 R8C 16位系列依賴于CISC（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）架構(gòu)，并針對(duì)低功耗應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，盡管MCU還能夠處理時(shí)鐘速度高達(dá)20 MHz的相當(dāng)復(fù)雜的應(yīng)用。

圖1：瑞薩的R8C系列包括多個(gè)支持CAN的MCU，可以針對(duì)與本框圖所示的家庭或辦公自動(dòng)化類似的應(yīng)用。例如，瑞薩（Renesas）將R8C系列的其他應(yīng)用中的電機(jī)控制作為目標(biāo)。 40 MHz定時(shí)器和6通道PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制器的組合使MCU能夠在各種應(yīng)用中工作，包括BLDC（無刷直流）電機(jī)。圖1顯示了家庭或辦公自動(dòng)化應(yīng)用中使用的R8C，其中CAN用于連接照明，HVAC和其他分布式系統(tǒng)。 R8C還可以通過專用SCU（傳感器控制單元）支持基于觸摸的接口。

轉(zhuǎn)向更高端的處理器，瑞薩還在其32位MCU中支持CAN。 RX MCU系列是該公司的最新產(chǎn)品，采用CISC架構(gòu)，時(shí)鐘速度最高可達(dá)100 MHz。此外，MCU可以從片上閃存執(zhí)行代碼，并且在該速度下具有零等待狀態(tài)。除了CAN之外，RX600 MCU還具有256字節(jié)到2 MB的閃存以及豐富的外設(shè)。在其產(chǎn)品線的RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）方面，瑞薩為V850 MCU系列提供CAN支持。

具有CAN的PIC系列

正如我們?cè)诒疚拈_頭所討論的那樣，您也可以將CAN集成到8位MCU中。 Microchip提供此類產(chǎn)品，實(shí)際上支持8位，16位和32位PIC系列中的CAN，包括增加了DSP中心數(shù)學(xué)功能的16位dsPIC系列。

Microchip的8位PIC18C和PIC18F系列包括多種支持CAN的MCU。您可以指定內(nèi)存范圍為16 KB到96 KB的產(chǎn)品。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器有廣泛的選擇，許多型號(hào)都包含內(nèi)部振蕩器，以最大限度地減少材料清單。如果您想嘗試CAN，可以使用許多演示板。例如，Microchip提供兩個(gè)以CAN為中心的演示板，其中包括PIC18系列的成員（圖2）。

圖2：Microchip的DM16305演示套件包括PIC18F MCU，允許設(shè)計(jì)人員嘗試CAN和LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)。