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Air780EPM CAN 硬件电路说明

Air780EPM 支持 CAN 接口，如下表所示；

一、CAN 接口概述

1. CAN 协议简介

  • CAN（Controller Area Network）是一种被广泛应用于汽车和工业控制领域的串行通信协议。

它支持多主节点通信，具有高可靠性、实时性以及错误检测能力。

  • Air780EPM 支持 CAN 2.0A/B 标准，允许最高达 1Mbps 的通信速率。

2. 核心功能与协议

  • 支持协议：CAN 2.0A/B 标准，兼容标准帧（11 位 ID）和扩展帧（29 位 ID）。

注意！Air780EPM 不支持 CAN FD 标准。

  • 通信速率：最高支持 1Mbps（如需更高带宽需外接 CAN FD 收发器）。

  • 物理层依赖：需外接 CAN 收发器（如川土微的 CA-IF1051S/VS），通过 GPIO 引脚复用实现差分信号传输（CAN_H/CAN_L）。

3. 硬件接口特性

  • GPIO 映射：

    • CAN_TXD（发送）：默认映射到 GPIO26（GPIO13 是另一组映射选择）。
    • CAN_RXD（接收）：默认映射到 GPIO25（GPIO12 是另一组映射选择）。
    • CAN_RST（复位）：默认映射到 GPIO28（GPIO14 是另一组映射选择）。

    • 电源与电平：

    • CAN 收发器逻辑电平需与 Air780EPM 的 GPIO 电平匹配（默认 3.0V）。

    • CA-IF1051VS：支持 IO 逻辑电平独立供电，以 Air780EPM 开发板为例，可使用 Air780EPM 的 PIN99：Vref(GPIO23 保持高电平输出)与其连接，从而保证 CA-IF1051VS 与 Air780EPM 的 IO 电平一致，不再需要额外的电平转换电路。

二、硬件设计注意事项

1. 外部电路设计

  • CAN 收发器选型：

    • 推荐使用川土微 CA-IF1051S/VS，支持 3.0V 逻辑电平，抗干扰能力强。
    • 确保收发器与 Air780EPM 的 GPIO 电平匹配（如 VREF=3.0V）。

    • 终端电阻：

    • 必加：在 CAN 总线两端各接入 120Ω 终端电阻，防止信号反射。

    • 位置：靠近 CAN 收发器的 CAN_H 和 CAN_L 引脚。

    • 布线与抗干扰：

    • 差分对走线：CAN_H 和 CAN_L 需走差分线，长度对称，间距 10-15mil。

    • 远离干扰源：避免靠近电源线、高频信号线，增加地线屏蔽。
    • ESD 防护：在 CAN 接口处添加 TVS 二极管（如 PESD3V3YB4），靠近接口布局。

2. 电源与复位

  • 电源稳定性：
    • CAN 收发器需独立供电，通常为 5V，但需注意您所选择的 CAN 收发器型号是否需要通过电平转换与 Air780EPM 的 3.0V IO 电平一致，比如，CA-IF1051S 需要增加电平转换电路，而 CA-IF1051VS 有 IO 电平独立供电，无需再加电平转换电路。
    • 使用去耦电容（如 100nF 和 10μF）稳定电源。

2. 其他关键点

  • 总线长度：

    • 50 米内：1Mbps 速率下可正常通信。
    • 超长距离：需降速至 125kbps 或添加中继器。

    • GPIO 冲突：

    • 确保 CAN_TXD/CAN_RXD/CAN_RST 引脚初始化为 CAN 接口功能。

三、软件开发注意事项

1. LuatOS API 与驱动

  • 初始化 CAN 接口：
-- 初始化CAN接口
can.init()
  • 发送 CAN 帧：
can.tx(id, 0x12345678, CAN.EXT, false, true, "\x00\x01\x02\x03\0x04\x05\0x6\x07")
-- 参数：ID、节点ID、ID类型、是否遥控帧、是否需要应答、数据
  • 接收 CAN 帧：
local succ, id, type, rtr, data = can.rx(0)
-- 参数：是否读出成功、ID、ID类型、是否遥控帧、数据

2. 关键注意事项

  • 波特率匹配：

    • 所有CAN节点的波特率必须一致，否则通信失败。

  • 资源限制：

    • 单帧最大8字节，需分包传输大数据。
    • 频繁发送可能占用CPU资源，建议使用DMA或轮询。

  • 错误恢复：

    • 监控错误计数器，超过阈值时重启接口：
    if can.state() == can.STATE_BUSOFF then
can.reset()
end

四、典型问题排查

1. 通信失败

  • 检查清单：

    • 确认 CAN 收发器电源和接地正常。
    • 终端电阻是否正确安装。
    • 管脚初始化配置与硬件手册一致（如 CAN_TXD/CAN_RXD/CAN_RST 引脚）。
    • 波特率设置是否匹配其他节点。

    • 工具辅助：

    • 使用 CAN 分析仪（如 Vector CANalyzer）捕获信号。

2. 数据丢失或乱码

  • 可能原因：
    • 波特率不匹配导致帧同步失败。
    • 总线干扰或信号完整性问题（如走线过长、未加终端电阻）。
    • 发送间隔过短导致缓冲区溢出。

五、应用场景与参考设计

1. 典型应用场景

  • 工业物联网：设备状态监测、传感器数据采集。
  • 智能电网：远程抄表、设备控制。

2. 优化建议

  • 硬件层面：

    • 增加信号屏蔽层或缩短总线长度以减少干扰。

    • 软件层面：

    • 采用 DMA 传输减少 CPU 占用。

    • 实现心跳包机制检测链路状态。

3. 硬件参考设计

4. LuatOS API 与驱动

六、参考资料

  • 硬件手册：Air780EPM GPIO 分配及 CAN 接口设计指南。
  • LuatOS API 文档：can 模块说明（can.init, can.send 等）。
  • CAN 协议规范：ETSI EN 302 093 标准。
  • 收发器手册：川土微 CA-IF1051S/VS 电气特性与应用指南。

七、总结

在 Air780EPM 上开发 CAN 接口需注意以下关键点：

  1. 硬件设计：选型匹配的收发器、终端电阻、抗干扰布线。
  2. 软件配置：正确设置波特率、处理错误、管理资源。
  3. 调试与优化：通过工具排查信号问题，结合场景选择合适的通信策略。