CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线以其高可靠性、实时性和灵活的网络拓扑结构，在汽车电子、工业控制等领域得到了广泛应用。本文探讨了以Silicon Labs C8051系列单片机为核心，构建一个稳定、高效的多点实时数据通信系统的设计方案与关键技术。

一、系统总体设计

整个系统由多个CAN节点和一个上位机监控端构成。每个节点以C8051F040（内部集成CAN控制器）作为主控芯片，负责现场数据的采集（如温度、压力、开关量等）并通过CAN总线发送，同时接收来自总线上其他节点的指令或数据。系统采用多主结构，各节点地位平等，通过标识符（ID）进行报文滤波和优先级仲裁，确保关键数据的实时传输。上位机通过USB-CAN适配器接入总线，实现对整个网络的监控、数据记录与参数配置。

二、硬件设计关键

1. 核心控制器：C8051F040单片机集成了CAN 2.0B控制器，支持高达1Mbps的通信速率，大大简化了外围电路设计。
2. CAN收发器：采用TJA1050作为物理层接口芯片，负责将控制器的逻辑电平转换为满足ISO 11898标准的差分信号，具备优秀的抗电磁干扰能力。
3. 网络拓扑与终端匹配：系统采用线性总线拓扑，在总线两端的节点处需接入120Ω终端电阻，以消除信号反射，保证通信质量。

三、软件设计与通信协议

1. 节点软件流程：各节点软件采用前后台或实时操作系统（如RTX51 Tiny）架构。主要任务包括：初始化（单片机、CAN控制器）、数据采集、应用数据处理、CAN报文发送（中断或查询方式）、CAN报文接收与处理（中断服务程序）。
2. CAN通信协议制定：为实现有序的多点通信，需自定义高层应用层协议。关键内容包括：

• 标识符（ID）分配：合理规划11位或29位标识符，定义报文优先级、源/目标地址或功能码。

• 数据帧格式：定义数据场（最多8字节）的解析规则，如前两个字节为命令字，后续为数据内容。

• 通信机制：可采用主从问答、定时广播、事件触发等多种方式，满足实时性要求。

1. 实时性保障：利用CAN总线基于ID的非破坏性仲裁机制，高优先级报文可优先发送。在软件层面，优化中断服务程序，减少关中断时间，并设置合理的报文发送队列管理机制。

四、系统实现与测试

搭建物理网络后，需进行系统性测试：

1. 节点功能测试：验证各节点数据采集与本地处理的正确性。
2. 通信测试：使用CAN总线分析仪（如PCAN-USB）抓取总线报文，测试点对点、广播通信的正确性，以及总线负载率。
3. 实时性与可靠性测试：模拟关键事件（如报警信号），测试其从产生到被目标节点接收的延时；进行长时间运行和噪声环境下的稳定性测试。

五、结论与展望

基于C8051单片机的CAN总线系统，充分发挥了单片机资源丰富、集成度高和CAN总线实时可靠的优势，能够有效构建成本适中、性能稳定的分布式实时通信网络。该系统方案可广泛应用于工业现场数据采集、小型设备集群控制、智能楼宇等场景。可进一步研究如何集成更复杂的应用层协议（如CANopen），并利用C8051的在线调试功能优化系统性能，以应对更严苛的工业环境需求。

（注：文中提及的[图]因格式限制未在此呈现，实际设计文档中应包含系统框图、节点电路原理图及软件流程图等。）