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4）具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN 控制器挂到CAN-Bus上，形成多主机局部网络。这一点和前面的第一点是有所联系的，在多主式的通信过程中处理好各个模块的数据传输优先级以及数据的仲裁是十分关键的一步，CAN总线提供了这么好的一个管理“平台”。
5）可靠的错误处理和检错机制，发送的信息遭到破坏后，可自动重发。这一特点保证了数据传输的可靠性以及突发错误的处理能力。数据在传输的过程中可能存在着帧信息丢失之类的问题，这就需要一个很好的解决方案来保证数据传输的有效性，CAN总线的管理在数据的传输过程中可以做到很好的错误检测以及通过数据重发来保证有效性。
6）节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能。这样就保证了系统在出错的情况下运行而导致的系统损坏。
7）报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。这种报文格式优化了帧信息的结构，不必象串口通信那样在报文中必须包含目的节点以及源节点的地址信息[2]。 2.2.2 CAN总线协议
CAN总线协议主要描述设备之间的信息传递方式，从结构上可分成3个层次，分别对应OSI网络模型的最低两层数据链路层和物理层。CAN总线协议层次结构由高到低如表2-1所示。
表2-1 CAN总线协议层次结构
协议层 LLC 数据链路层 MAC 对应OSI模型 说明 逻辑链路控制子层，用于为链路中的数据传输提供上层控制手段。 媒体访问控制子层，用于控制帧结构、仲裁、错误界定等数据传输的具体实现。 物理层 物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输。 物理层 LLC层和MAC层也可以看作是CAN总线数据链路层的两个子层。其中LLC层接收MAC层传递的报文，主要完成报文滤波、过载通知以及恢复管理等工作。而MAC层则为数据报文的传输进行具体的控制，包括帧结构控制、总线仲裁、错误检测、出错
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第二章 总线简介及分析
界定、报文收发控制等工作。
物理层定义了信号如何实现传输，因此涉及到位时间、位编码、同步的解释，CAN总线协议并未对物理层部分进行具体的规定[4]。 2.2.3 CAN总线报文帧格式
CAN总线报文的帧格式有两种，不同之处为标识符域的长度不同：含有11位标识符的帧称之为标准帧，而含有29位标识符的帧为扩展帧。 2.2.4 CAN总线报文传输结构
报文传输由以下4个不同的帧类型所表示。
1）数据帧：数据帧携带数据从发送器至接收器。数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结尾。数据场的长度可以为0。数据帧（或远程帧）通过帧间空间与前述的各帧分开。
2）远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一识别符的数据帧。远程帧由6个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧末尾。通过发送远程帧，作为某数据接收器的站通过其资源节点对不同的数据传送进行初始化设置。
3）错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。错误帧由两个不同的场组成。第一个场用作为不同站提供的错误标志（ERROR FLAG）的叠加。第二个场是错误界定符。为了能正确地终止错误帧，“错误被动”的节点要求总线至少有长度为3个位时间的总线空闲（如果“错误被动”的接收器有本地错误的话）。因此，总线的载荷不应为100%。有两种形式的错误标志，主动错误标志（Active error flag）和被动错误标志（Passive error flag）。
4）过载帧：过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。过载帧包括两个位场：过载标志和过载界定符。有两种过载条件都会导致过载标志的传送：
（1）接收器的内部条件（此接收器对于下一数据帧或远程帧需要有一延时）； （2）间歇场期间检测到一“显性”位。
由过载条件1而引发的过载帧只允许起始于所期望的间歇场的第一个位时间开
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始。而由过载条件2引发的过载帧应起始于所检测到“显性”位之后的位。 2.2.5 CAN总线错误处理
1）错误检测
有以下5种不同的错误类型（这5种错误不会相互排斥）。
（1）位错误（Bit Error）。单元在发送位的同时也对总线进行监视。如果所发送的位值与所监视的位值不相符合，则在此位时间里检测到一个位错误。但是在仲裁场（ARBITRATION FIELD）的填充位流期间或应答间隙（ACK SLOT）发送一“隐性”位的情况是例外的。此时，当监视到一“显性”位时，不会发出位错误。当发送器发送一个被动错误标志但检测到“显性”位时，也不视为位错误。
（2）填充错误（Struff Error）。如果在使用位填充法进行编码的信息中，出现了第6个连续相同的位电平时，将检测到一个填充错误。
（3）CRC错误（CRC Error）。CRC序列包括发送器的CRC计算结果。接收器计算CRC的方法与发送器相同。如果计算结果与接收到CRC序列的结果不相符，则检测到一个CRC错误。
（4）形式错误（Form Error）。当一个固定形式的位场含有1个或多个非法位，则检测到一个形式错误。(备注：接收器的帧末尾最后一位期间的显性位不被当作帧错误)
（5）应答错误（Acknowledgment Error）。只要在应答间隙（ACK SLOT）期间所监视的位不为“显性”，则发送器会检测到一个应答错误。
2）错误信号的发出
检测到错误条件的站通过发送错误标志指示错误。对于“错误主动”的节点，错误信息为“主动错误标志”，对于“错误被动”的节点，错误信息为“被动错误标志”。站检测到无论是位错误、填充错误、形式错误，还是应答错误，这个站会在下一位时发出错误标志信息。只要检测到的错误的条件是CRC错误，错误标志的发送开始于ACK界定符之后的位（其他的错误条件除外）[5]。
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第三章 元器件选型及特性分析
第三章 元器件选型及特性分析
3.1 系统元器件选型分析
由于系统的总线已经确定，是针对总线的转换。所以这里系统方案的选型则主要是元器件的选择，选择合适的元器件有利于系统设计的便利性以及稳定性。 3.1.1 单片机选型
待选的单片机主要有三种：STC89C52，STC12C5410AD以及AT89S52。 1）STC89C52
STC89C52是一款基于51内核的51系列单片机，其指令代码完全兼容传统的8051单片机，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。在使用的过程中采用ISP（在系统可编程），无需专用的编程器，可通过串口（P3.0、P3.1）直接下载用户程序，大大的方便了系统程序的调试。另外STC89C52价格低廉，可多次重复擦写使用，具有很高的性价比。
2）STC12C5410AD
STC12C5410AD与STC89C52相比，其主要增加了SPI同步通信接口，可以更为方便的实现SPI通信，但是其只有20、28、32三种引脚封装，无读写时序控制引脚。
3）AT89S52
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。但是AT89S52在使用的过程中需要使用的专用编程器下载用户程序，这一点会增加设计的工作量。
综合以上三种单片的特性，最终选择STC89C52作为系统的控制芯片，其外部扩展资源比较丰富，与AT89S52相比不需专用的编程器下载用户程序，大大的
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方便系统程序的调试，低廉的价格使其具有更高的性价比。虽然其不具有SPI同步通信接口，但是可以通过软件模拟实现SPI协议的同步通信。 3.1.2 CAN总线控制器芯片选型
CAN就是总线型结构的一种适合工业现场自动控制的计算机局域网络。在网络的层次结构中，数据链路层和物理层是保证通信质量至关重要、不可或缺的部分，也是网络协议中最复杂的部分。CAN控制器就是扮演这个角色，它是以一块可编程芯片上的逻辑电路的组合来实现这些功能，对外它提供了与微处理器的物理线路的接口。通过对它的编程，MCU可以设置它的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送和接收，把应用层建立在它的基础上。
目前，一些知名的半导体厂家都生产CAN控制器芯片。其类型一种是独立的，一种是和微处理器做在一起的。前者使用上比较灵活，它可以与多种类型的单片机的各类标准总线进行接口组合。后者在许多特定情况下，使电路设计简化和紧凑，效率提高。
在本课题的系统设计中，针对单片机的选型，CAN总线控制器芯片选用独立的控制芯片。SJA1000是一款我们比较熟悉的CAN总线控制器芯片，其在我国市面上容易购买，其具有高的性能，容易掌握，价格也比较便宜。综合考虑，最终选择SJA1000作为CAN总线的控制器芯片[5]。 3.1.3 CAN总线驱动器选型
CAN总线驱动器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，是影响系统网络性能的关键因素之一。
PCA82C250是一款CAN协议控制器，该器件对总线提供差动发送能力并对CAN控制器提供差动接收能力。其内部具有限流电路，可以防止发送输出级对电源、地或负载短路。另外利用PCA82C250还可以方便地在CAN控制器与驱动器之间建立光电隔离，以实现总线上各个节点间的电气隔离。这是全世界使用最广泛的CAN收发器，因此其更易于掌握。
TJA1050是PHILIPS公司生产的、用以替代PCA82C250的高速CAN总线驱动器，其除了具有PCA82C250的主要特性以外，在某些方面还做了很大的改善。但
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