2024年5月8日发(作者：冼自明)
第２８卷第１期
２０１０年２月
贵州师范大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）
Ｖｏｌ＿２８．Ｎｏ．１
Ｆｅｂ ２０１０
文章编号：１００４－－５５７０（２０１０）０１—０Ｉ１７—０４
ＣＡＮ总线单片机ＰＩＣ１８Ｆ２５８在汽车电子控制单元中的应用
王 义
（贵州师范大学物理与电子科学学院，贵州贵阳５５０００１）
摘要：以集成ＣＡＮ控制器的ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机为例，介绍了汽车电子控制单元的设计方法，给出了系统主要硬
件结构和软件设计流程。该电路具有硬件设计简单、可靠性高、实时性强等特点，为基于ＰＩＣ１８Ｆ２５８微处理器的
ＣＡＮ通信电子控制单元的开发提供了一定的科学依据。
关键词：汽车网络；ＣＡＮ总线；ＰＩＣ１８Ｆ２５８；电子控制单元
文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＰ２７３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＮ ｂｕｓ ｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈ ＰＩＣ １ ８ Ｆ２５８ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
ＷＡＮＧ Ｙｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｅｔｒｏｎｉｅｓ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ ５５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ
ＰＩＣ１８Ｆ２５８ ｍｉｃｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｃｈａａ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｘｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｉｒ－
ｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｅａｓｙ，ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｉｓ ｇｏｏｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＡＮ ｂｕｓ；ＰＩＣ １ ８ Ｆ２５８；ＥＣＵ
不利于系统集成化。本文以Ｍｉｅｒｏｃｈｉｐ公司的内部
０ 引言
ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）属于总线式串
集成ＣＡＮ模块的ＰＩＣＩ８Ｆ２５８单片机为核心，介绍
ＣＡＮ总线系统电子控制单元的硬件电路设计及软
件程序设计流程。由于ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机对ＣＡＮ
收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０进行数据操作时只需要ＴＸＤ、
行通信网络，以其高性能、高可靠性以及灵活的设
计越来越受到人们的重视，应用范围也从最初的汽
车电子控制逐步扩展到工业控制的各个领域，已经
形成了国际标准（／ＳＯ１１８９８），成为最有发展前途
ＲＸＤ两条数据线，这样就大大简化了硬件电路的
设计，提高了系统的可靠性。
的现场总线之一。目前，在ＣＡＮ系统设计中，使用
最多的是单片机外挂独立的ＣＡＮ控制器，如Ｐｈｉｌ．
ｉｐｓ公司的ＰＣＡ８２Ｃ２００、ＳＪＡ１０００以及Ｉｎｔｅｌ公司的
１ ＣＡＮ总线的技术性能
ＣＡＮ总线是由德国ＢＯＳＣＨ公司为了解决汽
车中众多的控制和数据交换问题而开发出的一种
８２５２６、８２５２７等芯片。采用此类芯片的设计方案
收稿日期：２００９一ｌ１—２８
基金项目：贵州省科技厅工业攻关（黔科合ＧＹ字［２００８］３０２３）资助项目
作者简介：王义（１９５７一），男，教授，研究方向：电路与系统、集成电路设计。
１１７
贵州师范大学学报（自然科学版） 第２８卷
串行数据通信总线。ＣＡＮ总线硬件连接简单，有
良好的可靠性、实时性和性价比，简单实用，网络成
本低，特别适用于汽车的工作环境和电磁辐射强、
震动大的场合。其信号传输介质可以是双绞线、同
轴电缆或光导纤维。ＣＡＮ可提供高达１Ｍｂｐｓ的数
（１）支持ＣＡＮ协议ＣＡＮ２．０Ａ、ＣＡＮ２．０Ｂ；
（２）支持标准帧、扩展帧、过载帧、错误帧等；
（３）２个具有优先级的接受缓冲器，３个具有
优先级的发送缓冲器；
（４）６个接收过滤器，２个对应优先级高的接
收缓冲器，其余４个对应于优先级低的接收缓冲
器；
据传输率（此时通信距离最长为４０ｍ），直接传输
最远可达１０ｋｎ（速率５ｋｉｂｐｓ以下）。ＣＡＮ总线通
信接口集成了ＣＡＮ协议的物理层和数据链路层功 （５）２个屏蔽过滤器，分别对应于２个不同的
能，可完成对通信数据的帧处理，包括填充、数据块
编码、循环冗余检验、优先级判别等。ＣＡＮ协议的
一
个最大特点是废除了传统的站地址编码，而对通
信数据块进行编码。采用这种方法可以使网络内
的节点个数在理论上不受限制 Ｊ，其应用范围也
从最初的汽车电子控制逐步扩展到工业控制的各
个领域，有广阔的发展前景。
２ ＰＩＣ１８Ｆ２５８集成ＣＡＮ微控制器的
特点
ＰＩＣ１８Ｆ２５８是美国Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生产的具有
ＣＡＮ总线接口的高性能ＰＩＣ系列单片机，由于其
超小型、低功耗、低成本、多品种的特点以及不再需
要外接ＣＡＮ控制器，其应用范围十分广泛。
ＰＩＣ１８Ｆ２５８是集成了ＣＡＮ模块的微控制器有着先
进的精简指令集构架、增强型内核、３２级堆栈，片
内具有Ｆｌａｓｈ程序存储器、ＥＥＲＯＭ数据存储器、自
编程功能、在线调试器（ＩＣＤ）和多种内部、外部中
断源，并采用了程序和数据空间完全分开的“哈
佛”结构。这种结构大大降低了ＰＩＣ微控制器的
总体成本，同时提高了运行效率。其引脚定义如图
１所示 引。
１、 ２６
ＲＢ７，ＰＣＤ
２ ２７
ＲＢ６／ＰＧＣ
３ ２６ ＲＢ５，ＰＧＭ
４ ２５
ＲＢ４
５善善 ２４
ＲＢ３／ＣＡＮＲＸ
ＲＢ２／ＣＡＮＴＸ／ｌＮＴ２
ＲＢｌ／ＮＴ１
８ 罱罱２１
ＲＢ０／Ｎ１、０
９ ２０ ＶＤＤ
ｌ０ 。ｏ ｏ。 １９
、
１１ １８
Ｒ￣７／ＲＸ／ＤＴ
ｌ２ ｌ７
ＲＣ６，Ｉ ＣＫ
１３ ｌ６ ＲＣ５，ＳＤＯ
ｌ４ １５
ＲＣ４／ＳＤＵＳＤＡ
图１ ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机ＰＤＩＰ封装引脚图
Ｆｉｇ．１ ＰＩＣ１８Ｆ２５８ ｍｉｅｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐａｃｋａｇｅ ｄｉａｇｒａｍ
ＰＩＣ１８Ｆ２５８的ＣＡＮ模块遵循ＣＡＮ总线协议，
同时也有自己的特点。主要包括 引：
ｌ１８
接受缓冲器
（６）有５中工作模式设定。
ＣＡＮ模块符合ＣＡＮ１．２、ＣＡＮ２．０Ａ、ＣＡＮ２．０Ｂ
标准。３个发送缓冲区根据需要可以分别修改
ＴＸＲｎＣＯＮ（ｎ为０，１，２）的ＴＸＰＲ１、ＴＸＰＲ０位来设
定４个不同的优先级。如果２个发送缓冲区有相
同的优先级，那么发送缓冲区号码高的具有高优先
级。ＣＡＮ模块还配置了２个接收缓冲区、６个过滤
器和２个接收屏蔽过滤器。ＲＸＢＯ对应于接收过
滤器ＲＸＦ０、ＲＸＦ１，屏蔽过滤器ＲＸＭ０。ＲＸＢ１对应
着接收过滤器ＲＸＦ２、ＲＸＦ３、ＲＸＦ４、ＲＸＦ５，屏蔽过
滤器ＲＸＭ１。除了这２个接收缓冲器外，
ＰＩＣ１８Ｆ２５８还配置了一个ＭＡＢ（报文集合器），
ＭＡＢ接收总线上的全部报文。
３ ＣＡＮ通信系统硬件电路设计
ＣＡＮ通信系统硬件电路主要由３部分组成：
ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机、６Ｎ１３７高速光电耦合器、
ＰＣＡ８２Ｃ２５０总线收发器。电路原理如图２所示。
ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机是ＣＡＮ总线接口电路的核
心，主要完成ＣＡＮ总线上数据的发送和接收，实现
串行数据的分解及组合，保证通信的正常畅通。
ＰＣＡ８２Ｃ２５０是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＣＡＮ总线接口芯片，
是ＣＡＮ控制器与物理总线之间的接口，提供对总
线的差分发送和接收的能力。它与ＩＳＯ１ １８９８标准
完全兼容，有３种不同的工作方式即高速、斜率控
制和待机，可以根据实际情况选择，在本方案中选
择高速工作方式。该芯片引脚少，使用简单。ＣＡＮ
总线采用ＰＣＡ８２Ｃ２５０芯片作为与总线之间的接
口，ＰＣＡ８２Ｃ２５０的ＣＡＮＨ、ＣＡＮＬ的引脚各自通过
一
个电阻与ＣＡＮ总线相连，电阻可以起到一定的
限流作用，保护ＰＣＡ８２Ｃ２５０免受过流的冲击。另
外，ＣＡＮＨ和ＣＡＮＬ与地之间并联两个小电容，可
以起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的能
力。光电耦合器采用６Ｎ１３７高速光电耦合器。为
第１期 王
Ｖｃｃ
义：ＣＡＮ总线单片机ＰＩＣ１８Ｆ２５８在汽车电子控制单元中的应用
Ｖｃｃ
Ｖｃｃ
ＴＸＣＡＮ
３９０
— 二］一 ＩＮ
ｒＡＮ．
ＥＮ
Ｊ ３９ｏ
—
——１一
ＶＤＤｏＵＴ
ＧＮＤ
１ｏｏ
ｎ
ＴＸＤ ＣＡＮＨ
）
． ＪＩ ＲＸＤ ＣＡＮＬ ——口
Ｖｒｅｆ Ｒｑ
－
一
Ｔ
Ｖｃｃ ＧＮＤ 一门； ＝ ＝： ＼Ｊ
ｎ
ＧＮＤ
ＲＸＣＡＮ
７－１００
＾３９０ ＥＮ ＩＮ ３９０
ＶＣＣ
ＯＵＴ ＶＤＤ
： ３ ４ｏｂ７ ３６ｐ ４００７
’
Ｔ１００ｎ
图２ ＰＩＣ１８Ｆ２５８通信系统电路原理图
Ｆｉｇ．２ ＰＩＣ１８Ｆ２５８ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ
了提高系统的抗干扰能力和传输信号的能力，采用
６Ｎ１３７高速光电耦合电路可以很好地实现总线上
节点之间的电气隔离。高速光电耦合器的两个电
源ＶＣＣ和ＶＣＣ’必须采用电源隔离电路进行完全
隔离。
将ＣＡＮ模块设置为配置模式
将ＲＢ３设置为输入、ＲＢ２设置为输出
Ｉ』．
４ ＣＡＮ通信系统的软件设计流程
软件设计是系统设计的关键。使用开发软件
ＭＰＬＡＢ ＩＤＥ，仿真器ＩＣＤ ２，以及灵活简便的ｃ语
言。为了提高可靠性和可理解性，内部软件设计采
用了模块结构，主要包括ＣＡＮ节点的初始化子程
序、数据发送子程序、数据接收子程序３部分。如
果在实际应用中进行ＣＡＮ通信，还应有采样子程
序、故障诊断子程序和终端子程序等。
初始化子程序是系统设计工作中极为重要的
部分，它是ＣＡＮ总线系统正常工作的前提，关系到
一Ｎ
设置波特率 Ｊ
设置接收寄存器和接收屏蔽寄存器
ｌ 设置接收、发送控制寄存器
ｌ
整个ＣＡＮ系统能否正常工作。因此，初始化设计
是一个重点，主要包括ＣＡＮ模块工作方式的配置、
接收滤波器的设置、接收屏蔽寄存器设置、波特率
参数设置、发送优先级设置和中断允许寄存器设置
等。初始化子程序流程如图３所示。
数据发送子程序。数据发送是由ＣＡＮ控制
将ｃＡＮ模块设置为标准模式 Ｉ
主： Ｎ
器根据ＣＡＮ总线协议自动完成。数据发送时采用
查询控制方式，将需要发送的信息帧送到发送缓冲
器，并设置好“发送请求标识位”于命令寄存器中，
启动发送即可。图４是ＣＡＮ节点数据发送子程序
流程图。
图３初始化子程序流程图
Ｆｉｇ．３ Ｆ／ｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ
制器自动完成。接收程序只需从接收缓冲器中读
取接收数据，再进行相应的处理即可。接收数据采
数据接收与数据发送相类似，也是由ＣＡＮ控
用中断方式，当每接收到一条信息时，该信息就会
】】９
贵州师范大学学报（自然科学版） 第２８卷
５ 结束语
ＣＡＮ总线以其高性能、高可靠性以及独特的
设计，已经在先进的汽车上得到了广泛应用。国外
在这方面的研究越来越多也越来越成熟，而国内的
研究应用起步较晚。基于ＰＩＣ１８Ｆ２５８的ＣＡＮ总线
电子控制单元具有集成度高、性能稳定、抗电磁干
图４数据发送子程序流程图
Ｆｉｇ．４ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
通过验收滤波器，产生一个接收中断，然后将接收
到的数据从接收寄存器中转移到指定的存储区域
内并保存起来，最后是中断返回。图５是ＣＡＮ节
点数据接收子程序流程图。
ＣＡＮ中断程序入口
接收ＩＤ寄存器数据
从接收缓冲区中读取数据
释放接收缓冲区
退出中断、返回
图５数据接收子程序流程图
ｉＦｇ．５ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆｄａｔａ ｒｅｃｅｉｖｅ
１２０
扰能力强的特点。本文从硬件和软件两个方面对
集成式内嵌ＣＡＮ控制器ＰＩＣ１８Ｆ２５８进行了介绍，
给出了ＰＩＣ１８Ｆ２５８的应用外围电路和软件设计流
程图，对于ＣＡＮ总线系统开发有一定的实际应用
价值。
参考文献：
［１］杜尚丰，曹晓钟，徐津．ＣＡＮ总线测控技术及其应用
［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００７．
［２］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ＰＩＣ１８ＦＸＸ８ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ．２８／４０一Ｐｉｎ Ｈｉｓｈ—
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｆｌａｓｈ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ｗｉｔｈ ＣＡＮ
Ｍｏｄｕｌｅ．
［３ 白忠友．基于ＰＩＣ１８Ｆ２４８的ＣＡＮ系统设计［Ｊ］．中国仪
器仪表，２００４（１１）：１０－１２．
［４］孙韬，刘宗行，吴斌．基于ＣＡＮ总线构成的分布式通信
网络的应用［Ｊ］．重庆大学学报（自然科学版），２００３，
２６（１）：６９－７２．
［５］肖朝晖，谭进，李山．混合动力汽车中ＣＡＮ总线技术的
应用［Ｊ］．重庆大学学报（自然科学版），２００５，２８（６）：
６８－７Ｏ．
2024年5月8日发(作者：冼自明)
第２８卷第１期
２０１０年２月
贵州师范大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）
Ｖｏｌ＿２８．Ｎｏ．１
Ｆｅｂ ２０１０
文章编号：１００４－－５５７０（２０１０）０１—０Ｉ１７—０４
ＣＡＮ总线单片机ＰＩＣ１８Ｆ２５８在汽车电子控制单元中的应用
王 义
（贵州师范大学物理与电子科学学院，贵州贵阳５５０００１）
摘要：以集成ＣＡＮ控制器的ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机为例，介绍了汽车电子控制单元的设计方法，给出了系统主要硬
件结构和软件设计流程。该电路具有硬件设计简单、可靠性高、实时性强等特点，为基于ＰＩＣ１８Ｆ２５８微处理器的
ＣＡＮ通信电子控制单元的开发提供了一定的科学依据。
关键词：汽车网络；ＣＡＮ总线；ＰＩＣ１８Ｆ２５８；电子控制单元
文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＰ２７３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＮ ｂｕｓ ｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈ ＰＩＣ １ ８ Ｆ２５８ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
ＷＡＮＧ Ｙｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｅｔｒｏｎｉｅｓ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ ５５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ
ＰＩＣ１８Ｆ２５８ ｍｉｃｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｃｈａａ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｘｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｉｒ－
ｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｅａｓｙ，ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｉｓ ｇｏｏｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＡＮ ｂｕｓ；ＰＩＣ １ ８ Ｆ２５８；ＥＣＵ
不利于系统集成化。本文以Ｍｉｅｒｏｃｈｉｐ公司的内部
０ 引言
ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）属于总线式串
集成ＣＡＮ模块的ＰＩＣＩ８Ｆ２５８单片机为核心，介绍
ＣＡＮ总线系统电子控制单元的硬件电路设计及软
件程序设计流程。由于ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机对ＣＡＮ
收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０进行数据操作时只需要ＴＸＤ、
行通信网络，以其高性能、高可靠性以及灵活的设
计越来越受到人们的重视，应用范围也从最初的汽
车电子控制逐步扩展到工业控制的各个领域，已经
形成了国际标准（／ＳＯ１１８９８），成为最有发展前途
ＲＸＤ两条数据线，这样就大大简化了硬件电路的
设计，提高了系统的可靠性。
的现场总线之一。目前，在ＣＡＮ系统设计中，使用
最多的是单片机外挂独立的ＣＡＮ控制器，如Ｐｈｉｌ．
ｉｐｓ公司的ＰＣＡ８２Ｃ２００、ＳＪＡ１０００以及Ｉｎｔｅｌ公司的
１ ＣＡＮ总线的技术性能
ＣＡＮ总线是由德国ＢＯＳＣＨ公司为了解决汽
车中众多的控制和数据交换问题而开发出的一种
８２５２６、８２５２７等芯片。采用此类芯片的设计方案
收稿日期：２００９一ｌ１—２８
基金项目：贵州省科技厅工业攻关（黔科合ＧＹ字［２００８］３０２３）资助项目
作者简介：王义（１９５７一），男，教授，研究方向：电路与系统、集成电路设计。
１１７
贵州师范大学学报（自然科学版） 第２８卷
串行数据通信总线。ＣＡＮ总线硬件连接简单，有
良好的可靠性、实时性和性价比，简单实用，网络成
本低，特别适用于汽车的工作环境和电磁辐射强、
震动大的场合。其信号传输介质可以是双绞线、同
轴电缆或光导纤维。ＣＡＮ可提供高达１Ｍｂｐｓ的数
（１）支持ＣＡＮ协议ＣＡＮ２．０Ａ、ＣＡＮ２．０Ｂ；
（２）支持标准帧、扩展帧、过载帧、错误帧等；
（３）２个具有优先级的接受缓冲器，３个具有
优先级的发送缓冲器；
（４）６个接收过滤器，２个对应优先级高的接
收缓冲器，其余４个对应于优先级低的接收缓冲
器；
据传输率（此时通信距离最长为４０ｍ），直接传输
最远可达１０ｋｎ（速率５ｋｉｂｐｓ以下）。ＣＡＮ总线通
信接口集成了ＣＡＮ协议的物理层和数据链路层功 （５）２个屏蔽过滤器，分别对应于２个不同的
能，可完成对通信数据的帧处理，包括填充、数据块
编码、循环冗余检验、优先级判别等。ＣＡＮ协议的
一
个最大特点是废除了传统的站地址编码，而对通
信数据块进行编码。采用这种方法可以使网络内
的节点个数在理论上不受限制 Ｊ，其应用范围也
从最初的汽车电子控制逐步扩展到工业控制的各
个领域，有广阔的发展前景。
２ ＰＩＣ１８Ｆ２５８集成ＣＡＮ微控制器的
特点
ＰＩＣ１８Ｆ２５８是美国Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生产的具有
ＣＡＮ总线接口的高性能ＰＩＣ系列单片机，由于其
超小型、低功耗、低成本、多品种的特点以及不再需
要外接ＣＡＮ控制器，其应用范围十分广泛。
ＰＩＣ１８Ｆ２５８是集成了ＣＡＮ模块的微控制器有着先
进的精简指令集构架、增强型内核、３２级堆栈，片
内具有Ｆｌａｓｈ程序存储器、ＥＥＲＯＭ数据存储器、自
编程功能、在线调试器（ＩＣＤ）和多种内部、外部中
断源，并采用了程序和数据空间完全分开的“哈
佛”结构。这种结构大大降低了ＰＩＣ微控制器的
总体成本，同时提高了运行效率。其引脚定义如图
１所示 引。
１、 ２６
ＲＢ７，ＰＣＤ
２ ２７
ＲＢ６／ＰＧＣ
３ ２６ ＲＢ５，ＰＧＭ
４ ２５
ＲＢ４
５善善 ２４
ＲＢ３／ＣＡＮＲＸ
ＲＢ２／ＣＡＮＴＸ／ｌＮＴ２
ＲＢｌ／ＮＴ１
８ 罱罱２１
ＲＢ０／Ｎ１、０
９ ２０ ＶＤＤ
ｌ０ 。ｏ ｏ。 １９
、
１１ １８
Ｒ￣７／ＲＸ／ＤＴ
ｌ２ ｌ７
ＲＣ６，Ｉ ＣＫ
１３ ｌ６ ＲＣ５，ＳＤＯ
ｌ４ １５
ＲＣ４／ＳＤＵＳＤＡ
图１ ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机ＰＤＩＰ封装引脚图
Ｆｉｇ．１ ＰＩＣ１８Ｆ２５８ ｍｉｅｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐａｃｋａｇｅ ｄｉａｇｒａｍ
ＰＩＣ１８Ｆ２５８的ＣＡＮ模块遵循ＣＡＮ总线协议，
同时也有自己的特点。主要包括 引：
ｌ１８
接受缓冲器
（６）有５中工作模式设定。
ＣＡＮ模块符合ＣＡＮ１．２、ＣＡＮ２．０Ａ、ＣＡＮ２．０Ｂ
标准。３个发送缓冲区根据需要可以分别修改
ＴＸＲｎＣＯＮ（ｎ为０，１，２）的ＴＸＰＲ１、ＴＸＰＲ０位来设
定４个不同的优先级。如果２个发送缓冲区有相
同的优先级，那么发送缓冲区号码高的具有高优先
级。ＣＡＮ模块还配置了２个接收缓冲区、６个过滤
器和２个接收屏蔽过滤器。ＲＸＢＯ对应于接收过
滤器ＲＸＦ０、ＲＸＦ１，屏蔽过滤器ＲＸＭ０。ＲＸＢ１对应
着接收过滤器ＲＸＦ２、ＲＸＦ３、ＲＸＦ４、ＲＸＦ５，屏蔽过
滤器ＲＸＭ１。除了这２个接收缓冲器外，
ＰＩＣ１８Ｆ２５８还配置了一个ＭＡＢ（报文集合器），
ＭＡＢ接收总线上的全部报文。
３ ＣＡＮ通信系统硬件电路设计
ＣＡＮ通信系统硬件电路主要由３部分组成：
ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机、６Ｎ１３７高速光电耦合器、
ＰＣＡ８２Ｃ２５０总线收发器。电路原理如图２所示。
ＰＩＣ１８Ｆ２５８单片机是ＣＡＮ总线接口电路的核
心，主要完成ＣＡＮ总线上数据的发送和接收，实现
串行数据的分解及组合，保证通信的正常畅通。
ＰＣＡ８２Ｃ２５０是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＣＡＮ总线接口芯片，
是ＣＡＮ控制器与物理总线之间的接口，提供对总
线的差分发送和接收的能力。它与ＩＳＯ１ １８９８标准
完全兼容，有３种不同的工作方式即高速、斜率控
制和待机，可以根据实际情况选择，在本方案中选
择高速工作方式。该芯片引脚少，使用简单。ＣＡＮ
总线采用ＰＣＡ８２Ｃ２５０芯片作为与总线之间的接
口，ＰＣＡ８２Ｃ２５０的ＣＡＮＨ、ＣＡＮＬ的引脚各自通过
一
个电阻与ＣＡＮ总线相连，电阻可以起到一定的
限流作用，保护ＰＣＡ８２Ｃ２５０免受过流的冲击。另
外，ＣＡＮＨ和ＣＡＮＬ与地之间并联两个小电容，可
以起到滤除总线上的高频干扰和防电磁辐射的能
力。光电耦合器采用６Ｎ１３７高速光电耦合器。为
第１期 王
Ｖｃｃ
义：ＣＡＮ总线单片机ＰＩＣ１８Ｆ２５８在汽车电子控制单元中的应用
Ｖｃｃ
Ｖｃｃ
ＴＸＣＡＮ
３９０
— 二］一 ＩＮ
ｒＡＮ．
ＥＮ
Ｊ ３９ｏ
—
——１一
ＶＤＤｏＵＴ
ＧＮＤ
１ｏｏ
ｎ
ＴＸＤ ＣＡＮＨ
）
． ＪＩ ＲＸＤ ＣＡＮＬ ——口
Ｖｒｅｆ Ｒｑ
－
一
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Ｖｃｃ ＧＮＤ 一门； ＝ ＝： ＼Ｊ
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７－１００
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ＶＣＣ
ＯＵＴ ＶＤＤ
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Ｔ１００ｎ
图２ ＰＩＣ１８Ｆ２５８通信系统电路原理图
Ｆｉｇ．２ ＰＩＣ１８Ｆ２５８ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ
了提高系统的抗干扰能力和传输信号的能力，采用
６Ｎ１３７高速光电耦合电路可以很好地实现总线上
节点之间的电气隔离。高速光电耦合器的两个电
源ＶＣＣ和ＶＣＣ’必须采用电源隔离电路进行完全
隔离。
将ＣＡＮ模块设置为配置模式
将ＲＢ３设置为输入、ＲＢ２设置为输出
Ｉ』．
４ ＣＡＮ通信系统的软件设计流程
软件设计是系统设计的关键。使用开发软件
ＭＰＬＡＢ ＩＤＥ，仿真器ＩＣＤ ２，以及灵活简便的ｃ语
言。为了提高可靠性和可理解性，内部软件设计采
用了模块结构，主要包括ＣＡＮ节点的初始化子程
序、数据发送子程序、数据接收子程序３部分。如
果在实际应用中进行ＣＡＮ通信，还应有采样子程
序、故障诊断子程序和终端子程序等。
初始化子程序是系统设计工作中极为重要的
部分，它是ＣＡＮ总线系统正常工作的前提，关系到
一Ｎ
设置波特率 Ｊ
设置接收寄存器和接收屏蔽寄存器
ｌ 设置接收、发送控制寄存器
ｌ
整个ＣＡＮ系统能否正常工作。因此，初始化设计
是一个重点，主要包括ＣＡＮ模块工作方式的配置、
接收滤波器的设置、接收屏蔽寄存器设置、波特率
参数设置、发送优先级设置和中断允许寄存器设置
等。初始化子程序流程如图３所示。
数据发送子程序。数据发送是由ＣＡＮ控制
将ｃＡＮ模块设置为标准模式 Ｉ
主： Ｎ
器根据ＣＡＮ总线协议自动完成。数据发送时采用
查询控制方式，将需要发送的信息帧送到发送缓冲
器，并设置好“发送请求标识位”于命令寄存器中，
启动发送即可。图４是ＣＡＮ节点数据发送子程序
流程图。
图３初始化子程序流程图
Ｆｉｇ．３ Ｆ／ｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ
制器自动完成。接收程序只需从接收缓冲器中读
取接收数据，再进行相应的处理即可。接收数据采
数据接收与数据发送相类似，也是由ＣＡＮ控
用中断方式，当每接收到一条信息时，该信息就会
】】９
贵州师范大学学报（自然科学版） 第２８卷
５ 结束语
ＣＡＮ总线以其高性能、高可靠性以及独特的
设计，已经在先进的汽车上得到了广泛应用。国外
在这方面的研究越来越多也越来越成熟，而国内的
研究应用起步较晚。基于ＰＩＣ１８Ｆ２５８的ＣＡＮ总线
电子控制单元具有集成度高、性能稳定、抗电磁干
图４数据发送子程序流程图
Ｆｉｇ．４ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
通过验收滤波器，产生一个接收中断，然后将接收
到的数据从接收寄存器中转移到指定的存储区域
内并保存起来，最后是中断返回。图５是ＣＡＮ节
点数据接收子程序流程图。
ＣＡＮ中断程序入口
接收ＩＤ寄存器数据
从接收缓冲区中读取数据
释放接收缓冲区
退出中断、返回
图５数据接收子程序流程图
ｉＦｇ．５ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆｄａｔａ ｒｅｃｅｉｖｅ
１２０
扰能力强的特点。本文从硬件和软件两个方面对
集成式内嵌ＣＡＮ控制器ＰＩＣ１８Ｆ２５８进行了介绍，
给出了ＰＩＣ１８Ｆ２５８的应用外围电路和软件设计流
程图，对于ＣＡＮ总线系统开发有一定的实际应用
价值。
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