CANBUS及CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).ppt

1、4.3 CAN BUS器件4.3.1 簡介,CAN作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本低的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信控制方式，已廣泛應(yīng)用于汽車電子、自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)、樓宇自控、安防監(jiān)控、機(jī)電一體化、醫(yī)療儀器等自動(dòng)化領(lǐng)域。主要產(chǎn)品如表4-51所示。,表4-51 CAN BUS器件,4.3.2 CAN總線驅(qū)動(dòng)器,1PCA82C250/251 PCA82C250/251收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，可以在汽車和一般的工業(yè)應(yīng)用上使用。 PCA82C250/251收發(fā)器的主要特點(diǎn)如下：,完全符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)。 高速率（最高達(dá)

2、1Mbps）。 具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾，保護(hù)總線能力。 斜率控制，降低射頻干擾（RFI）。 差分收發(fā)器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾（EMI）。 熱保護(hù)。 防止電源和地之間發(fā)生短路。 低電流待機(jī)模式。 未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無影響。 可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。 工作溫度范圍：40+125。,圖429 PCA82C250/251引腳圖,PCA82C250/251為8引腳DIP和SO兩種封裝，引腳如圖4-29所示。,引腳介紹如下： TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)輸入。 GND：地。 Vcc： 電源電壓4.5V5.5V。 RXD：接收數(shù)據(jù)輸出。 Vref： 參考電壓輸出。 CANL：低電平CAN電壓輸入/輸出。 CA

3、NH：高電平CAN電壓輸入/輸出。 Rs：斜率電阻輸入。,圖430 PCA82C250/251應(yīng)用電路,（3）應(yīng)用電路PCA82C250/251收發(fā)器的典型應(yīng)用如圖4-30所示。,2TJA1050 TJA1050是Philips公司生產(chǎn)的、用以替代PCA82C250的高速CAN總線收發(fā)器。該器件提供了CAN控制器與物理總線之間的接口以及對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。TJA1050除了具有PCA82C250的主要特性以外，在某些方面的性能還作了很大的改善。,4.4 CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)4.4.1 硬件電路設(shè)計(jì),采用AT89S52單片微控制器、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動(dòng)器

4、PCA82C250及復(fù)位電路IMP708的CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電路如圖4-41所示。,圖441 CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電路,在圖4-41中，IMP708具有兩個(gè)復(fù)位輸出RESET和/RESET ，分別接至AT89S52單片微控制器和SJA1000 CAN通信控制器。當(dāng)按下按鍵S時(shí)，為手動(dòng)復(fù)位。,4.4.2 BasicCAN程序設(shè)計(jì),CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)主要分為三部分：初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程序。 1. CAN初始化程序 程序流程圖。CAN初始化子程序流程圖如圖4-42所示。,圖442 CAN初始化子程序流程圖,程序清單。CAN初始化子程序清單如下：,入口條件：將本節(jié)點(diǎn)號(hào)存入NODE單元。 波特

5、率控制字存入NBTR0和NBTR1單元。 出口：無,CAN任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離與其通信波特率有關(guān)，當(dāng)采用Philips公司的SJA1000 CAN通信控制器時(shí)，并假設(shè)晶振頻率為16MHz，通信距離與通信波特率關(guān)系如表4-60所示。,表4-60 通信距離與通信波特率關(guān)系表,2. CAN接收子程序 程序流程圖。CAN接收子程序流程圖如圖4-43所示。,圖443 CAN接收子程序流程圖,程序清單。CAN接收子程序清單如下： 入口條件：無。 出口：接收的描述符、數(shù)據(jù)長度及數(shù)據(jù)放在RXBF開始的緩沖區(qū)中。,3. CAN發(fā)送子程序 程序流程圖。CAN發(fā)送子程序流程圖如圖4-44所示。,圖444 CA

6、N發(fā)送子程序流程圖, 程序清單。 CAN發(fā)送子程序清單如下： 入口條件：將要發(fā)送的描述符存入TXBF； 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度存入TXBF+1； 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存入TXBF+2開始的單元。 出口：無。,4.5 基于PCI總線的CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器的設(shè)計(jì)4.5.1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu),基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-45所示。,圖445 基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,4.5.2 PCI總線概述,PCI總線的英文全稱為：Peripheral Component Interconnect Spercial Interest Group,簡稱PCISIG，即

7、外設(shè)部件互連。PCI總線是由Intel公司提出的。 對(duì)PCI擴(kuò)展卡及元件，能夠自動(dòng)配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用；處理器獨(dú)立，不依賴任何CPU，支持多種處理器及將來待開發(fā)的更高性能處理器；支持64位地址；多主控制允許任何PCI 主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)訪問；PCI提供數(shù)據(jù)和地址的奇偶校驗(yàn)功能，保證了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。 計(jì)算機(jī)的PCI總線示意圖如圖4-46所示。,圖446 計(jì)算機(jī)的PCI總線示意圖,4.5.3 PCI控制器CY7C09449PV,CY7C09449PV是Cypress公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體PCI-DP 系列的PCI接口控制器之一，它提供了可與多種常用的微處理器直接連接的PCI主/從接

8、口，一個(gè)128Kbit的雙端口SRAM用作局部微處理器和PCI總線間的共享存儲(chǔ)器。CY7C09449PV給設(shè)計(jì)者提供了一種將應(yīng)用連接到PCI總線的簡單方法。它同時(shí)提供一個(gè)I2O消息單元，具有消息隊(duì)列和中斷能力。,CY7C09449PV控制器的主要特點(diǎn)為：具有128Kbit的雙端口共享存儲(chǔ)器；可以作為主設(shè)備和從設(shè)備接口使用，符合PCI 2.2規(guī)范；內(nèi)置主橋能力；可以直接與多種微處理器接口；具有I2O （Intelligent Input & Output的縮寫）信息傳送單元，包括4個(gè)深度為32的FIFO；它的局部總線時(shí)鐘頻率最高可達(dá)50MHz；采用單一3.3V電源供電，與3V和5V的PCI總線信

9、號(hào)兼容。,4.5.4 CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器的設(shè)計(jì),1系統(tǒng)功能 CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器主要是用來承擔(dān)上位計(jì)算機(jī)和CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)等下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互任務(wù)的。 2硬件結(jié)構(gòu)和工作過程 基于PCI總線的CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器硬件結(jié)構(gòu)如圖4-49所示。,圖449 CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器硬件結(jié)構(gòu)圖,3. CAN數(shù)據(jù)包格式 CAN通信數(shù)據(jù)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀最多發(fā)送8個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量超過8個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)時(shí)，給用戶編程帶來了一定的困難。為此，定義了如圖4-50所示的CAN的數(shù)據(jù)包格式。,a) b) 圖450 發(fā)送數(shù)據(jù)包和接收數(shù)據(jù)包格式 a) 發(fā)送數(shù)據(jù)包格式 b) 接收數(shù)據(jù)包格式,

10、與上述定義的數(shù)據(jù)包格式相對(duì)應(yīng)，CAN的多幀數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)如圖4-51所示。,圖451 CAN多幀數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)圖,4設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序WDM的開發(fā) Windows操作系統(tǒng)（Windows98，Windows2000）為了保證系統(tǒng)的安全性，穩(wěn)定性和可移植性，對(duì)底層操作采取了屏蔽的策略，對(duì)應(yīng)用程序訪問硬件資源進(jìn)行了限制。上層的應(yīng)用程序無權(quán)直接訪問硬件資源，需要通過編制的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（WDM）實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源、外圍設(shè)備（如PCI設(shè)備）的控制，如獲取PCI資源配置情況，把分配的物理地址映射到線性地址以及對(duì)局部總線工作方式的控制等。,WDM（Win32 Driver Model）作為Windows的最新一代驅(qū)動(dòng)

11、程序模型，其運(yùn)行平臺(tái)是Windows 98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)，運(yùn)行在系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)。 開發(fā)WDM的方式有兩種：選用DDK開發(fā)和選用第三方軟件工具開發(fā)。本系統(tǒng)開發(fā)選用NuMega公司提供的DriverWorks軟件。,4.6 CAN智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)4.6.1 CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的一般結(jié)構(gòu),在基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的SCADA系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)測(cè)控的智能節(jié)點(diǎn)。 CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖4-64所示。,圖464 CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖,下面以FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入模塊為例介 紹智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。,4.6.2 FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì),1

12、硬件結(jié)構(gòu) FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入智能節(jié)點(diǎn)的硬件框圖如圖4-65所示。,圖465 FBCAN8DI智能節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)框圖,在該智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，設(shè)定開關(guān)的口地址為7FFFH，SJA1000的地址為BF00H，讀取數(shù)字量的口地址為DFFFH。 2數(shù)字量輸入電路 數(shù)字量輸入電路如圖4-66所示。,圖466 數(shù)字量輸入電路,當(dāng)跳線器JP1的1-2短路，跳線器JP2的1-2斷開、2-3短路時(shí)，輸入端DI+和DI可以接一干接點(diǎn)信號(hào)。 當(dāng)跳線器JP1的1-2斷開，跳線器JP2的1-2短路、2-3斷開時(shí)，輸入端DI+和DI可以接有源接點(diǎn)。 在圖4-66中，開關(guān)量輸入端所用電源為+24V，也可以是+15V或+5V電源，只需改變電阻R1的阻值即可。,3DC/DC電源電路 在智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，供電電源一般為+24V，而智能節(jié)點(diǎn)內(nèi)部通常需要+5V或其它電源（如放大器、A/D、D/A等器件所需電源），因此需要將+24V電源進(jìn)行DC/DC變換，產(chǎn)生所需電源，圖4-67為將+24V變成+5V的DC/DC變換電路。,圖467 D