計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)摘抄的論文

1、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信論文 院系： 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓名： 劉晨光 班級(jí)： 100413 學(xué)號(hào)： 100413160 時(shí)間： 2013年11月29日 CAN總線在智能節(jié)點(diǎn)通信系統(tǒng)的應(yīng)用摘 要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的局域網(wǎng)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的集成。其中，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線以其高性能、高可靠性及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)越來(lái)越受到人們的重視。CAN總線上的節(jié)點(diǎn)能接收和發(fā)送信息。智能節(jié)點(diǎn)通過(guò)編程設(shè)置工作方式、ID地址、波特率等參數(shù)。本文介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展背景以及CAN總線的發(fā)展背景、主要特點(diǎn)、協(xié)議分層以及報(bào)文傳輸?shù)葍?nèi)容，并對(duì)CAN總線節(jié)點(diǎn)的各組成部分作了較詳細(xì)的介紹

2、。通過(guò)論證比較最后確定采用由單片機(jī)AT89C51、可編程的CAN通信控制器SJA1000和CAN收發(fā)器PCA82C250組成的節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)了基于CAN總線智能節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件，并對(duì)節(jié)點(diǎn)的通信系統(tǒng)做了說(shuō)明。關(guān)鍵詞 CAN總線，智能節(jié)點(diǎn)，通信AbstractThe field bus technology is praised as the LAN of the automatic field, it is integration of computer , communication , control technology. Among them, CAN bus attach imp

3、ortance to by the people more and more with high performance , high dependability and unique design . The node of CAN bus can receive and transmit communication. Intelligent node set up parameter about working , address of ID and baud rate etc through program. This paper introduces development backg

4、round of field bus and development background , main character, protocol layer and transmitting message of CANbus , and includes more detailed introduction to CAN bus every nodal component . Use the SCM AT89C51,CAN Controller SJA1000, PCA82C250 through demonstration and comparison . on the basis of

5、CAN bus，design hardware and software with intelligent node ,and illuminate communication subsystem.Key word CAN bus，Intellectual node，Communication前言近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的融合，信息交換已經(jīng)滲透到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的各個(gè)層次，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制管理的各個(gè)層次。傳統(tǒng)的RS-232、RS-485和CCITTV.24通信標(biāo)準(zhǔn)和通信系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通信需要。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備正在發(fā)生一場(chǎng)新的革

6、命，這就是以全數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)總線為代表的現(xiàn)場(chǎng)控制儀表，設(shè)備的互連規(guī)范，在全世界范圍內(nèi)興起。以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)將現(xiàn)有的模擬信號(hào)電纜用高容量的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)代替，從而大大減輕現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜連接的費(fèi)用和工作量，提高信號(hào)的傳輸效率，提高信號(hào)傳輸?shù)木芎挽`活性，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用戶帶來(lái)了巨大的好處?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)，是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的串行通信系統(tǒng)，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的局域網(wǎng)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的集成。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對(duì)一的物理連接，而現(xiàn)場(chǎng)總線

7、控制系統(tǒng)把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，將每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線中的傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)均置入微控制器。使它們具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信的能力，信息的傳輸不再依賴于控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散，有力地推動(dòng)了測(cè)控系統(tǒng)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。在這些總線標(biāo)準(zhǔn)中，CAN總線以其高性能、高可靠性及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)越來(lái)越受到人們的重視，在國(guó)外已有很多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。CAN是英文Controller Area Network的縮寫，即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是一種主要用

8、于各種過(guò)程（設(shè)備）檢測(cè)及控制的網(wǎng)絡(luò)，最初是為汽車的檢測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。眾所周知，現(xiàn)代汽車越來(lái)越多的采用電子控制裝置來(lái)控制如發(fā)動(dòng)機(jī)定時(shí)、注油以及復(fù)雜的加速剎車控制（ASC）、抗鎖定剎車系統(tǒng)（ABS）等。但存在由于這些部件及參數(shù)的監(jiān)控需要交換大量的數(shù)據(jù)，如果采用硬接信號(hào)線的方法勢(shì)必繁瑣而且昂貴等一些問(wèn)題，用傳統(tǒng)方法是很難解決的，采用CAN后就能很好的解決這些問(wèn)題了。其中CAN總線的總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），得到多個(gè)公司的支持，已廣泛應(yīng)用為離散控制領(lǐng)域。CAN已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。本文著重介紹了基于CAN總線的節(jié)點(diǎn)以及通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。11

9、現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展背景在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域內(nèi)，長(zhǎng)期以來(lái)使用RS-232和CCITTV.24通信標(biāo)準(zhǔn)，盡管它們被廣泛地使用，但卻是一種低數(shù)據(jù)速率和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)能力支持更高層次的計(jì)算機(jī)之間的功能操作。同時(shí)，在復(fù)雜或大規(guī)模的應(yīng)用（如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制或生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域）中需要使用大量的傳感器、執(zhí)行器和控制器等，它們通常分布在非常廣的范圍內(nèi)，如果在最低層上采用傳統(tǒng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么安裝成本和介質(zhì)造價(jià)都將非常昂貴；采用流行的LAN組件及環(huán)型或總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然可以減少電纜長(zhǎng)度，但是增加的LAN介質(zhì)及相關(guān)硬件和軟件又使其系統(tǒng)造價(jià)與星型系統(tǒng)相差無(wú)幾。所以在最低層次上的確需要設(shè)計(jì)出一種造價(jià)低廉而又能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)

10、場(chǎng)環(huán)境的通信系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與控制結(jié)合使我們的想象成為可能?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)場(chǎng)總線（Field bus）就是在這種背景下產(chǎn)生的?，F(xiàn)場(chǎng)總線是用于過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，以全數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)總線（Field Bus）為代表的互聯(lián)規(guī)范，正在迅猛發(fā)展和擴(kuò)大。由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù)；用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)正越來(lái)越受到人們的重視。發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線的初衷是建立開(kāi)放的

11、控制通信網(wǎng)絡(luò)，其通信協(xié)議理應(yīng)趨于統(tǒng)一，但近十幾年由于現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不能建立，現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的種類較多，約有40余種：如德國(guó)西門子公司Siemens的ProfiBus，法國(guó)的FIP，英國(guó)的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，Phenix Contact公司的InterBus，Rober Bosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，Carlo Garazzi公司的Dupline，丹麥Process Data公司的P-net，Peter Hans公司的F-Mux，以及ASI（Actratur Sensor Interface），MODBus，SDS，Arcn

12、et，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF：Field Bus Foundation，WorldFIP，BitBus，美國(guó)的DeviceNet與ControlNet等等。12 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展背景任何從事電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修人員時(shí)刻面臨著大量復(fù)雜的控制線路，也就意味著較大的工作量。能夠在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求功能的情況下設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)潔、可靠的線路成為控制線路設(shè)計(jì)人員追求的一種高水平的境界。簡(jiǎn)潔的控制線路意味著為了減小發(fā)生在控制線路上小的故障率而做更多的工作。如果所有的控制線路簡(jiǎn)化到像現(xiàn)在大多的民用電器的供電線路一樣只用一對(duì)雙絞線，每個(gè)傳感器、動(dòng)作單元的控制線都掛到這對(duì)雙絞線上，所有的主控設(shè)備也

13、都掛到雙絞線上，主控設(shè)備可以在線路上找到與自己有關(guān)的被控對(duì)象進(jìn)行控制而與在線的其它主控設(shè)備、被控單元無(wú)關(guān)。那么控制線路的設(shè)計(jì)、接線、維護(hù)工作將輕松到極點(diǎn)了。工控界有諸多專家預(yù)言：二十一世紀(jì)工控界將發(fā)生一次技術(shù)革命:用戶可將不同的公司生產(chǎn)的不同現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表和DCS掛接在同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線上，其優(yōu)異的性能必將取代諸多控制手段而成為控制系統(tǒng)的主流。CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)絡(luò)是在20世紀(jì)80年代初由德國(guó)的BOSCH公司提出為解決汽車內(nèi)部的復(fù)雜硬信號(hào)連接而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光導(dǎo)纖維。目前，其應(yīng)用

14、范圍已不再局限于汽車工業(yè)，而向過(guò)程控制、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN總線以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，低成本、高可靠性、實(shí)時(shí)性、抗干擾能力強(qiáng)、糾錯(cuò)能力強(qiáng)等特點(diǎn)在測(cè)控領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，成為一種新型的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)總線方案。但是，CAN芯片只提供了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型中的物理層和鏈路層功能，一般用戶必須直接用驅(qū)動(dòng)程序操作鏈路層，不能直接滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)和產(chǎn)品互連的要求，為了以CAN芯片為基礎(chǔ)構(gòu)成完整的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，必須制定相應(yīng)的應(yīng)用層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的組態(tài)、設(shè)備互連和兼容功能。為此1992年在德國(guó)成立了“自動(dòng)化CAN用戶和制造商協(xié)會(huì)”（CiA），開(kāi)始著手制定

15、自動(dòng)化CAN應(yīng)用層協(xié)議CANopen。此后，協(xié)會(huì)成員開(kāi)發(fā)出一系列CANopen產(chǎn)品，在機(jī)械制造、鐵路、車輛、船舶、制藥、食品加工等領(lǐng)域獲得大量應(yīng)用。1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)輸工具、數(shù)據(jù)信息交換、高速通信控制器局欲網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898CAN高速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，ISO11519CAN低速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。這為控制器局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化鋪平了道路。目前CANopen協(xié)議已經(jīng)被提交歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)討論，作為一種新的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)EN-50325-4。CAN(Controller Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN遵循IS

16、O的標(biāo)準(zhǔn)模型，分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。在工程上，這兩層通常由CAN控制器和收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的。CAN控制系統(tǒng)主要由操作站、智能節(jié)點(diǎn)以及CAN現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)組成。操作站主要完成在線系統(tǒng)監(jiān)控，多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)各自獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)設(shè)定、運(yùn)行顯示控制等，通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，在操作站和智能節(jié)點(diǎn)之間交換各種數(shù)據(jù)和管理控制信息。CAN應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。13 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用現(xiàn)狀及主要特點(diǎn)CAN網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network）就是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一種，它是一種架構(gòu)開(kāi)放、廣播式的新一代網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，稱為控制器局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線，是類似LAN（Local Operating

17、Network ）局域網(wǎng)的新型控制規(guī)范。是現(xiàn)今世界上最為流行控制手段-現(xiàn)場(chǎng)總線的一種形式。CAN網(wǎng)絡(luò)具有反應(yīng)快、可靠性高的特性，使用在要求實(shí)時(shí)處理的場(chǎng)合，例如汽車剎車防鎖死系統(tǒng)安全氣囊等。今天此項(xiàng)通信協(xié)議已得到廣泛應(yīng)用，眾多廠商制造供應(yīng)高溫度等級(jí)、具有高抗干擾能力的低價(jià)位CAN芯片，其特色不僅在汽車工業(yè)，在工業(yè)控制的其他領(lǐng)域更能發(fā)揮其強(qiáng)大的能力。目前，CAN總線以其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信中。CAN總線有如下特點(diǎn)：CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。CAN可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)

18、均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通訊方式靈活，且無(wú)需站地址等信息。利用這一特點(diǎn)也可以方便地構(gòu)成多機(jī)備份（容錯(cuò)）系統(tǒng)。CANBUS網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)信息可分成不同的優(yōu)先等級(jí)，可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134s內(nèi)得到傳輸。CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況（以太網(wǎng)則可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓）。CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受

19、數(shù)據(jù)。CANBUS直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5Kbps以下），通訊速率最高可達(dá)1Mbps（此時(shí)距離最長(zhǎng)為40m）。CANBUS上節(jié)點(diǎn)數(shù)理論值為2000個(gè)，實(shí)際可達(dá)110個(gè)，它主要取決于總線驅(qū)動(dòng)能力的大小；報(bào)文標(biāo)志符可達(dá)2032種（CAN2.0A），而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0B）的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求，并可保證通信的實(shí)時(shí)性，這樣短的傳輸時(shí)間，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短，具有極好的檢錯(cuò)效果。CAN的每幀信息都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率極低。通訊介質(zhì)采用

20、廉價(jià)的雙絞線、同軸電纜或光纜，無(wú)特殊要求，用戶可靈活選擇。CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它操作不受影響。NRZ編碼/解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。用戶接口簡(jiǎn)單，編程方便，很容易構(gòu)成用戶系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)廉價(jià)，OEM用戶容易操作，INTER、PHILIPS等芯片廠家均生產(chǎn)具有CAN接口的80C51芯片。故而CANBUS是符合中國(guó)國(guó)情的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。CAN總線是一種多主總線系統(tǒng)，特別適合工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此越來(lái)越受到工業(yè)界重視。而且，CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)

21、發(fā)周期。另外，CAN已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線規(guī)范已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型基礎(chǔ)上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。用戶可在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)適合系統(tǒng)實(shí)際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議，但由于CAN總線極高的可靠性，從而使應(yīng)用層通信協(xié)議得以大大簡(jiǎn)化。21 CAN通信控制器SJA1000功能簡(jiǎn)介CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實(shí)現(xiàn)CAN總線協(xié)議的部分和實(shí)現(xiàn)與微處理器接口部分的電路組成。對(duì)于不同型號(hào)的CAN總線通信控制器，實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結(jié)構(gòu)和方式存在

22、一些差異。這里主要以SJA1000為代表對(duì)CAN控制器的功能作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。SJA1000是一種獨(dú)立CAN控制器。它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代產(chǎn)品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式。PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議。SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款PAC82C200獨(dú)立CAN控制器兼容的（SJA1000引腳功能如附表1所列），在此基礎(chǔ)上增加了很多新的功能。為了實(shí)現(xiàn)軟件兼容，SJA1000采用了兩種工作方式：BasicCAN方式（PCA82C200兼容方式）和PeliCAN方式（擴(kuò)展特性方式

23、）。工作方式通過(guò)時(shí)鐘分頻寄存器中的CAN方式位來(lái)選擇。上電復(fù)位默認(rèn)工作方式是BasicCAN方式。BasicCAN和PeliCAN方式的區(qū)別如下：在PeliCAN方式下，SJA1000有一個(gè)重新設(shè)計(jì)的含很多新功能的寄存器組。SJA1000包含PCA82C200中的所有位，同時(shí)增加了一些新的功能位。PeliCAN方式支持CAN2.0B協(xié)議規(guī)定的所有功能（29位的標(biāo)識(shí)符）。SJA1000的主要功能如下：標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)報(bào)文的接收和發(fā)送；64字節(jié)的接收FIFO；標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式都具有單/雙接收濾波器（含接收屏蔽和接收碼寄存器）；具有丟失仲裁定位功能的丟失仲裁中斷；硬件禁止CLKOUT輸出和PCA8

24、2C200獨(dú)立CAN控制器引腳兼容；和PCA82C200獨(dú)立CAN控制器電氣兼容；PCA82C200模式(即默認(rèn)的BasicCAN模式)；擴(kuò)展的接收緩沖器(64字節(jié)、先進(jìn)先出FIFO)；和CAN2.0B協(xié)議兼容(PCA82C200兼容模式中的無(wú)源擴(kuò)展幀)；同時(shí)支持11位和29位識(shí)別碼；位速率可達(dá)1Mbits/s；PeliCAN模式擴(kuò)展功能：-可讀/寫訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器-可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制-最近一次錯(cuò)誤代碼寄存器-每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤都可以產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷-具體控制位控制的仲裁丟失中斷-單次發(fā)送(當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或丟失仲裁時(shí)不重發(fā))-只聽(tīng)模式(監(jiān)聽(tīng)CAN總線，無(wú)應(yīng)答，無(wú)錯(cuò)誤標(biāo)志)-支持熱插拔(無(wú)干擾軟件驅(qū)

25、動(dòng)位速率檢測(cè))-驗(yàn)收濾波器擴(kuò)展(4字節(jié)代碼，4字節(jié)屏蔽)-自身信息接收(自接收請(qǐng)求)-24MHz時(shí)鐘頻率；-對(duì)不同微處理器的接口；-可編程的CAN輸出驅(qū)動(dòng)器配置；-增強(qiáng)的環(huán)境溫度范圍(-40-+125)。22 SJA1000驗(yàn)收濾波器的工作原理在SJA1000驗(yàn)收濾波器的作用下，只有當(dāng)接收?qǐng)?bào)文中的標(biāo)識(shí)位和驗(yàn)收濾波器預(yù)定義的位值相等時(shí)，CAN控制器才允許將已接收到的報(bào)文存入RXFIFO。SJA1000驗(yàn)收濾波器由4個(gè)驗(yàn)收代碼寄存器（ACRn）和4個(gè)驗(yàn)收屏蔽寄存器（AMRn）組成，與82C200的相比，主要有2個(gè)不同點(diǎn)：一是標(biāo)志符由原來(lái)的11位擴(kuò)展到29位；二是濾波方式由原來(lái)的單一方式改為單濾波和

26、雙濾波2種方式。要接收的報(bào)文的位模式在驗(yàn)收代碼寄存器個(gè)定義。相應(yīng)的驗(yàn)收屏蔽寄存器允許定義某些位為“無(wú)關(guān)”。有兩種不同的過(guò)濾模式可由模式寄存器中的位（MOD.3，AFM）選擇：?jiǎn)芜^(guò)濾模式（AFM位是1）即由4個(gè)驗(yàn)收碼寄存器和4個(gè)驗(yàn)收屏蔽寄存器組成一個(gè)驗(yàn)收濾波器，總線上的信息只有通過(guò)了它的驗(yàn)收濾波才予以接收。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)幀，11位標(biāo)志符和RTR位對(duì)應(yīng)，。其中和的低4位未使用。由于標(biāo)準(zhǔn)幀有包括RTR位的12位標(biāo)志符，故數(shù)據(jù)場(chǎng)的前2字節(jié)也參與濾波。數(shù)據(jù)1對(duì)應(yīng)和。參與濾波的數(shù)據(jù)將不能作為用戶數(shù)據(jù)使用。對(duì)于擴(kuò)展幀，包括RTR位的30位標(biāo)志符對(duì)應(yīng)4個(gè)驗(yàn)收碼寄存器和4個(gè)驗(yàn)收屏蔽寄存器，此時(shí)和的低2位未使用?？梢?jiàn)，

27、單濾波方式更適合于擴(kuò)展幀。雙過(guò)濾模式（AFM位是2）即由4個(gè)驗(yàn)收碼寄存器和4個(gè)驗(yàn)收屏蔽寄存器定義2個(gè)濾波器，接受的信息通過(guò)任意一個(gè)濾波器即可予以接收。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)幀，第一個(gè)過(guò)濾器包括，和的低4位共20位，包括RTR位的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別符和信息的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。其中，和與和的高4位比較標(biāo)志符；和的低4位與和的低4位比較第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。此時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)也不能作為用戶數(shù)據(jù)使用。第二個(gè)過(guò)濾器為，和和的高4位共12位，比較包括RTR位的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別符。對(duì)于擴(kuò)展符，構(gòu)成第一個(gè)濾波器；， ， 構(gòu)成第二個(gè)濾波器。參與濾波的是29位標(biāo)志符的高16位。23 PCA82C250-CAN收發(fā)器功能簡(jiǎn)介PCA82C250收

28、發(fā)器是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，該器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力并對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，同時(shí)還可以大大增強(qiáng)總線的驅(qū)動(dòng)能力。PCA82C250收發(fā)器主要功能特點(diǎn)：和“ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容；高速率(可達(dá)1Mbit/s)；具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾，保護(hù)總線能力；斜率控制以降低射頻干擾(RFI)；差動(dòng)接收器具有抗寬范圍的共模干擾，有很強(qiáng)的抗電磁干擾(EMI)的能力；熱保護(hù)；對(duì)電源和地的短路保護(hù)；低電流待機(jī)模式；未供電的節(jié)點(diǎn)不會(huì)干擾總線；至少可掛110個(gè)節(jié)點(diǎn)。工作溫度范圍：-40­+125PCA82C250驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出極對(duì)電源、地或負(fù)載

29、短路。雖然短路出現(xiàn)時(shí)功耗增加，但不至于使輸出極損壞。若結(jié)溫超過(guò)大約160，則兩個(gè)發(fā)送器輸出端極限電流減小，由于發(fā)送器是功耗的主要部分，因而限制了芯片的溫升。器件的所有其他部分將繼續(xù)工作。PCA82C250采用雙線差分驅(qū)動(dòng)，有助于抑制汽車等惡劣電氣環(huán)境下的瞬變干擾。CAN節(jié)點(diǎn)的通信有三種通信模式：高速模式、斜率控制模式、待機(jī)模式。三種模式的選擇是通過(guò)PCA82C250端子的接法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。高速模式下要求接一個(gè)0-1.8k的電阻到地；斜率控制模式下要求接一個(gè)16.5-140k的電阻到地；待機(jī)模式下要求Rs接到高電平，至少保證RS的端電壓大于0.75Vcc。31 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案論證CA

30、N的智能節(jié)點(diǎn)一般有2種實(shí)現(xiàn)方式:一，微控制器+CAN控制器+CAN收發(fā)器；二，集成CAN控制器的微控制器+CAN收發(fā)器。只要符合CAN總線規(guī)范的單元都可以通過(guò)CAN接口接入CAN總線。CAN總線得到了Intel、Motorola、Philips、Siemens等眾多大公司的支持,提供了許多可以實(shí)現(xiàn)CAN總線協(xié)議的芯片來(lái)供用戶選擇。另外，CAN協(xié)議是完全公開(kāi)的，這些都給CAN總線的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的方便。CAN控制器有Philips公司的82c200、SJA1000，Intel公司的82526、82527等。集成了CAN控制器的微控制器也很多，如 Philips公司的P8XC592/598，In

31、tel公司的196CA/CB，TI公司的TMS320LF2407(DSP)等。CAN的收發(fā)器有Philips的82c250，TI的SN65HVD230等。這些芯片一般都兼容最新的 CAN2.0A/B協(xié)議。方案一：基于51單片機(jī)和SJA1000 CAN控制器的CAN節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)本方案采用AT89C51(普通單片機(jī)，不帶CAN控制器)、SJA1000(CAN控制器)和 PCA82C250設(shè)計(jì)CAN節(jié)點(diǎn)。單片機(jī)和SJA1000 CAN控制器都需要時(shí)鐘信號(hào)(SJA1000的時(shí)鐘還是比較關(guān)鍵的，因?yàn)檫@將關(guān)系到以后總線波特率的設(shè)定，假如晶振太小，CAN節(jié)點(diǎn)就無(wú)法在高速模式下運(yùn)行)，這里使用24MHz的晶振，5

32、1單片機(jī)的時(shí)鐘采用SJA1000的CLKOUT輸出。方案二：基于DSP芯片的嵌入式控制器CAN節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)TI公司推出的TMS320LF240X系列、 TMS320LF28X系列芯片是專門針對(duì)控制領(lǐng)域的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的DSP芯片。這類芯片內(nèi)部不但集成有豐富的控制類單元，而且也集成CAN控制器(兼容 CAN2.0A/B)，因此可以很方便地將基于DSP芯片的嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)CAN總線上的一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)接入，并且只占用DSP的兩根I/O口線 (CAN的發(fā)送和接收端與I/O是復(fù)用的)。本方案采用TMS320LF2407作為微控制器和CAN發(fā)送器PCA82C250設(shè)計(jì)CAN節(jié)點(diǎn)。它不但完成各類控制功能，而且完

33、成總線的通信功能。需要注意的是：2407采用低功耗設(shè)計(jì)，3.3V供電，而 CAN發(fā)送器PCA82C250是5V供電，假如直接相連，2407肯定無(wú)法承受。采用兩路光耦6N137起到隔離DSP和CAN總線的作用。方案比較：由于DSP具有很強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力，因此，基于DSP芯片設(shè)計(jì)的CAN節(jié)點(diǎn)常被用于處理信息量較大的場(chǎng)合。另外，在工控系統(tǒng)中，沒(méi)有大量數(shù)據(jù)需要處理，故在只要實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制的場(chǎng)合，為了降低成本常采用單片機(jī)開(kāi)發(fā)CAN節(jié)點(diǎn)。另外，使用獨(dú)立的CAN控制器SJA1000，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)所需從眾多種類的單片機(jī)中選擇最理想的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。因此本實(shí)際采用方案一。根據(jù)協(xié)議的通用性以及硬件電路的可移植性，還可以方便的移植到其他應(yīng)用環(huán)境中，具有較大的實(shí)際應(yīng)用意義。82C250器件提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CA