cancan總線系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　CAN總線上的接口是網(wǎng)絡(luò)上報文的接收和發(fā)送站一般由單片機和可編程的CAN通信控制器組成。</p><p>　　本文首先較為詳細地分析了控制器局域網(wǎng)CAN總線的發(fā)展歷程及未來的發(fā)展，論述了CAN總線的特點和通信協(xié)議，并介紹了CAN的高層協(xié)議。再次介紹了一種新型的獨立CAN通信控制器MCP2515，以及MCP

2、2515的功能，結(jié)構(gòu)和工作原理，最后用單片機中常用的PIC16F877和MCP2515完成硬件接口電路。由于使用了高速SPI接口收發(fā)數(shù)據(jù)，提高了CAN報文的傳輸能力，同時擴大了CA接口解決方案所采用的單片機的選擇范圍，而不必強求MCU必須內(nèi)含CAN總線控制模塊。軟件設(shè)計時，給出了軟件流程圖和程序。本接口在對軟件稍作修改后就可以通過SPI接口和MCP2515交換數(shù)據(jù)。這樣，不需要更換MCU就可以在現(xiàn)有的產(chǎn)品上增加CAN總線的通信功能，從而

3、達到了產(chǎn)品的快速更新。</p><p>　　關(guān)鍵詞：CAN總線； MCP2515； PLC16F877</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　CAN Bus interface on the network is reported to receive and send text of the statio

4、n. General from the CAN microcontroller and programmable communications controller. </p><p>　　This paper is more detailed analysis of the CAN Bus course of development and the future development of the CAN b

5、us on the characteristics and communication protocol, introduced the CAN and the high-level agreements. Once again introduced a new independent CAN communications controller MCP2515, and the MCP2515 function, structure a

6、nd working principle, commonly used in the final with the PIC16F877 MCU and MCP2515 complete hardware interface circuit. As the use of high-speed SPI interface send an</p><p>　　Key words: CAN bus; MCP2515; P

7、LC16F877</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要- 1 -</b></p><p>　　Abstract- 2 -</p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1設(shè)計背景和意

8、義1</p><p>　　1.2 相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計7</p><p>　　2.1 控制器局域網(wǎng)（CAN）總線概述7</p><p>　　2.1.1 CAN總線概述7</p><p>　　2.1.2 CAN總線的協(xié)議9</p><p>　　

9、2.2 系統(tǒng)總體方案的確定11</p><p>　　2.2.1 微控制器的選取方案論證11</p><p>　　2.2.2 CAN控制器的選取方案論證12</p><p>　　2.2.3 CAN收發(fā)器的選取方案論證13</p><p>　　2.2.4 系統(tǒng)總體方案及框圖13</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電

10、路器件介紹與電路分析15</p><p>　　3.1節(jié)點通信電路設(shè)計主要芯片介紹15</p><p>　　3．1．1 AT89C52簡介15</p><p>　　3.1.2SJAl000簡介17</p><p>　　3.1.3 PCA82C250收發(fā)器18</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件總體描述20&

11、lt;/p><p>　　3．2.1硬件設(shè)計方案20</p><p>　　4 節(jié)點軟件設(shè)計27</p><p>　　4.1CAN總線的報文傳送傳輸27</p><p>　　4.1.2錯誤處理28</p><p>　　4．2節(jié)點軟件設(shè)計方案29</p><p>　　4.2.1 CAN總線通信模

12、塊29</p><p>　　4.2.2 RS．485協(xié)議模塊34</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理軟件設(shè)計35</p><p>　　4.3.1最小二乘法擬合線性化方法35</p><p>　　4.3.2數(shù)字濾波程序36</p><p>　　4.3.3 A／D轉(zhuǎn)換程序36</p><

13、;p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試及可靠性分析37</p><p>　　5.1 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試37</p><p>　　5.2 系統(tǒng)可靠性分析38</p><p>　　5.2.1 光電隔離38</p><p>　　5.2.2 抗干擾設(shè)計39</p><p><b>　　結(jié)論40</b><

14、;/p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　參考文獻42</b></p><p><b>　　附錄43</b></p><p>　　附錄1：系統(tǒng)主要程序43</p><p>　　附錄2：系統(tǒng)硬件原理圖56</p&

15、gt;<p><b>　　科技文章摘譯57</b></p><p><b>　　英文原文57</b></p><p><b>　　英文譯文62</b></p><p>　　時鐘精度要求確定為UART的通訊62</p><p><b>　　1 緒

16、論</b></p><p>　　1.1設(shè)計背景和意義 </p><p>　　現(xiàn)場總線的技術(shù)基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是應(yīng)用于各種計算機控制領(lǐng)域的工業(yè)總線，因現(xiàn)場總線潛在著巨大的商機，世界范圍內(nèi)的各大公司投入相當(dāng)大的人力、物力、財力來進行開發(fā)研究。當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域，由于現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新，過程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的

17、FCS（Fieldbus Control System）系統(tǒng),已被稱為第五代過程控制系統(tǒng)。而FCS和DCS的真正區(qū)別在于其現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)字信號取代模擬信號，在3C（Computer計算機、Control控制、Communication通信）技術(shù)的基礎(chǔ)上，大量現(xiàn)場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設(shè)備。由于國際上各大公司在現(xiàn)場總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競爭，仍未形成一個統(tǒng)一的標準，目前，在現(xiàn)場

18、總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型。 </p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，過程控制領(lǐng)域在過去的兩個世紀里發(fā)生了巨大的變革。150多年前出現(xiàn)的基于5－13psi的氣動信號標準，標志著控制理論初步形成，但此時尚未有控制室的概念；20世紀50年代，隨著基于0－10mA或4－20mA的電流模擬信號的模擬過程控制體系被提出并得到廣泛的應(yīng)用，標志了電氣自動控制時代的到來，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)，設(shè)立控

19、制室、控制功能分離的模式也一直沿用至今；20世紀70年代，隨著數(shù)字計算機的介入，產(chǎn)生了“集中控制”的中央控制計算機系統(tǒng)，而信號傳輸系統(tǒng)大部分是依然沿用4－20mA的模擬信號，不久人們也發(fā)現(xiàn)了伴隨著“集中控制”，該系統(tǒng)存在著易失控、可靠性低的缺點，并很快將其發(fā)展為分布式控制系統(tǒng)；微處理器的普遍應(yīng)用和計算機可靠性的提高，使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，由多臺計算機和一些智能儀表以及智能部件實現(xiàn)的分布式控制是其最主要的特征，而數(shù)字傳輸信號也

20、在逐步取代模擬傳輸信號。隨著微處理器的快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能，產(chǎn)生了以微處理器為核心，使用集成電路代替常規(guī)電子線路，實施信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能的</p><p>　　CAN網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場總線的一種，它是一種架構(gòu)開放、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)場總線。CAN網(wǎng)絡(luò)原本是德國Bosch公司為歐洲汽車市場所開發(fā)的。CAN推出之初是用于汽車內(nèi)部測量

21、和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。例如汽車剎車防抱死系統(tǒng)、安全氣囊等。對機動車輛總線和對現(xiàn)場總線的需求有許多相似之處，即能夠以較低的成本、較高的實時處理能力在強電磁干擾環(huán)境下可靠地工作。因此CAN總線可廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域中的過程監(jiān)測和控制，特別是工業(yè)自動化的底層監(jiān)控，以解決控制與測試之間的可靠和實時數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　1.2 相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　由于各個國家各

22、個公司的利益之爭，雖然早在1984年國際電工技術(shù)委員會/國際標準協(xié)會（IEC/ISA）就著手開始制定現(xiàn)場總線的標準，至今統(tǒng)一的標準仍未完成。很多公司也推出其各自的現(xiàn)場總線技術(shù)，但彼此的開放性和互操作性還難以統(tǒng)一。目前現(xiàn)場總線市場有著以下的特點：</p><p>　　1多種現(xiàn)場總線并存： </p><p>　　目前世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司

23、Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI，MODBus，SDS，Arcnet，國際標準組織-基金會現(xiàn)場總線FF：FieldBusFound

24、ation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。這些現(xiàn)場總線大都用于過程自動化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大概不到十種的總線占有８０％左右的市場。</p><p>　　2各種總線都有其應(yīng)用的領(lǐng)域 </p><p>　　每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)域，比如FF、PROFIBUS-PA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行

25、業(yè)的過程控制領(lǐng)域；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；DeviceNet、PROFIBUS-DP適用于加工制造業(yè)，而這些劃分也不是絕對的，每種現(xiàn)場總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴大，彼此滲透。</p><p>　　3每種現(xiàn)場總線都有其國際組織和支持背景 </p><p>　　大多數(shù)的現(xiàn)場總線都有一個或幾個大型跨國公司為背景并成立相應(yīng)的國際

26、組織，力圖擴大自己的影響、得到更多的市場份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國際用戶組織WorldFIP以Alstom公司為主要后臺，成立了WorldFIP國際用戶組織。</p><p>　　4多種總線成為國家和地區(qū)標準 </p><p>　　為了加強自己的競爭能力，很多總線都爭取成為國家或者地區(qū)的標準，比如PROFIBUS已成為德國標準，Wo

27、rldFIP已成為法國標準等。</p><p>　　5設(shè)備制造商參與多個總線組織 </p><p>　　為了擴大自己產(chǎn)品的使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個甚至多個總線組織。</p><p>　　6各個總線彼此協(xié)調(diào)共存 </p><p>　　由于競爭激烈，而且還沒有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場，很多重要企業(yè)都力圖開發(fā)接口技術(shù)，使自己的總線

28、能和其他總線相連，在國際標準中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。</p><p>　　工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，要求也千變?nèi)f化，使用一種現(xiàn)場總線技術(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場總線不同于計算機網(wǎng)絡(luò)，人們將會面對一個多種總線技術(shù)標準共存的現(xiàn)實世界。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場規(guī)律、商業(yè)利益的制約；技術(shù)標準不僅是一個技術(shù)規(guī)范，也是一個商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。而現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是

29、所有用戶的愿望。由于CAN總線為越來越多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求不同應(yīng)用領(lǐng)域通信報文的標準化。為此，1991年９月Philips Semiconductors制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（Version2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括Ａ和Ｂ兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報文格式，2.0B給出了標準的和擴展的兩種報文格式。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運輸工具－數(shù)字信息交換－高速通信控制器局部網(wǎng)

30、（CAN）國際標準（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標準化，規(guī)范化推廣鋪平了道路。</p><p>　　CAN總線開發(fā)系統(tǒng)廉價，OEM用戶容易操作，許多國際上大的半導(dǎo)體廠商也積極開發(fā)出支持CAN總線的專用芯片，其中有智能CAN芯片，也有非智能CAN控制器、收發(fā)器。Motorola公司生產(chǎn)了MC68HC05X4是在68HC05微控制器上加入了CAN模塊，也稱為ＭCAN。Philips公司生產(chǎn)了P8XC592微控制

31、器上集成了CAN控制器取代了原來的I2C串行口。Philips還生產(chǎn)82C200獨立CAN控制器、82C150即CAN串行鏈接I/O（SLIO）器件、82C250 CAN收發(fā)器、P8XCE598帶有集成CAN接口的電磁兼容微控制器。Intel公司生產(chǎn)了82527獨立CAN控制器，它可通過并行總線與各種微控制器連結(jié)，也可通過串口（SP1）與無并行總線控制器如Ｍ68HC05連接。由于CAN總線的高速通信速率、高可靠性、連接方便、多主站、通訊

32、協(xié)議簡單和高性能價格比等突出優(yōu)點，深得許多工業(yè)應(yīng)用部門的青睞，其應(yīng)用由最初的汽車工業(yè)迅速發(fā)展至數(shù)控機床、農(nóng)業(yè)機械、鐵路運輸、糧情檢測、過程測控等各個方面。CAN在國外的發(fā)展迅速，奔馳Ｓ型轎車采用的就是CAN總線系統(tǒng)；美國商用車輛制造商們也將注意力轉(zhuǎn)向</p><p>　　CAN總線有如下基本特點：</p><p>　　CAN協(xié)議最大的特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)塊進行

33、編碼，可以多主方式工作；</p><p>　　CAN采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突；</p><p>　　CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為８個（CAN技術(shù)規(guī)范2.0A），數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短；</p><p>　　

34、CAN的每幀數(shù)據(jù)都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?適于在高干擾環(huán)境中使用；</p><p>　　CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(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；</p><p>　　CAN可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)；</p><p>　　CAN總線直接通訊距離最遠可達10

35、KM/5Kbps，通訊速率最高可達1Mbps/40m；</p><p>　　采用不歸零碼（NRZ-Non-Return-to-Zero）編碼／解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。</p><p>　　現(xiàn)場總線技術(shù)是控制、計算機、通訊技術(shù)的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過程自動化、制造加工自動化、樓半自動化、家庭自動化等等。它的出現(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領(lǐng)域?qū)档统杀?、提高?/p>

36、靠性、增強可維護性和提高數(shù)據(jù)采集的智能化的要求?，F(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)為兩個方面：一個是低速現(xiàn)場總線領(lǐng)域的不斷發(fā)展和完善；另一個是高速現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。而目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用在運行速率較低的領(lǐng)域，對網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從實際應(yīng)用狀況看，大多數(shù)現(xiàn)場總線，都能較好地實現(xiàn)速率要求較低的過程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰都很難統(tǒng)一整個市場。就目前而言，由于FF基金會幾乎集中了世界上主要自動化儀表制造商，其全球

37、影響力日益增加，但其在中國市場營銷力度似乎不足，市場份額不是很高，LonWorks形成了全面的分工合作體系，在國內(nèi)有一些實質(zhì)性的進展，在樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產(chǎn)品等方面，LonWorks則具有獨特的優(yōu)勢。在離散制造加工領(lǐng)域，由于行業(yè)應(yīng)用的特點和歷史原因，Profibus和CAN經(jīng)在這一領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢，具有較強的競爭力。國內(nèi)廠商的規(guī)模相對較小，研發(fā)能力</p><p>　　由于目前自動化技術(shù)從單機控

38、制發(fā)展到工廠自動化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動化。工廠自動化信息網(wǎng)絡(luò)可分為以下三層結(jié)構(gòu)：工廠管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設(shè)備級，而現(xiàn)場總線是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。這里先介紹一下以太網(wǎng)，本文特指工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)是作為辦公室自動化領(lǐng)域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，按習(xí)慣主要指IEEE 802.3協(xié)議，如果進一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用“以太網(wǎng)+TCP/IP”來表示，其技術(shù)特點主要適合信息管理、信息處理系統(tǒng)，并在IT業(yè)得到了巨大的成功。在工廠管理

39、級、車間監(jiān)控級信息集成領(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)已有不少成功的案例，在設(shè)備層對實時性沒有嚴格要求場合也有許多應(yīng)用。由于現(xiàn)場總線目前種類繁多，標準不一，很多人都希望以太網(wǎng)技術(shù)能介入設(shè)備低層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)場總線技術(shù)，施耐德公司就是該想法的積極倡導(dǎo)者和實踐者，目前已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問世和實際應(yīng)用?？墒蔷湍壳岸裕蕴W(wǎng)還不能夠真正解決實時性和確定性問題，大部分現(xiàn)場層仍然會首選現(xiàn)場總線技術(shù)。由于技術(shù)的局限和各個廠家的利益之爭，這樣一個多種工業(yè)總線技術(shù)

40、并存，以太網(wǎng)技術(shù)不斷滲透的現(xiàn)狀還會維持一段時間。用戶可以根據(jù)技術(shù)要求和實際情況來選擇所需的解決</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 控制器局域網(wǎng)（CAN）總線概述 </p><p>　　2.1.1 CAN總線概述</p><p>　　CAN(Controller Area Network)是控制器局域網(wǎng)，主要

41、用于各種設(shè)備檢測及控制的現(xiàn)場總線。CAN總線是德國BOSCH公司20世紀80年代初為解決汽車中眾多控制與測試儀器間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。這是一種多主總線，無論是在高速網(wǎng)絡(luò)還是在低成本的節(jié)點系統(tǒng)，應(yīng)用都很廣泛。由于采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，其主要特點如下：</p><p>　　通信方式靈活，可以多種方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個

42、節(jié)點均可以在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從。</p><p>　　CAN節(jié)點只需對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、點對多點及全局廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級，節(jié)點的優(yōu)先級可通過報文標識符進行設(shè)置，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)傳輸，可以滿足不同的實時要求。</p><p>　　CAN總線通信格式采用短幀格式，每幀字節(jié)數(shù)量多為8個字節(jié)，可滿足一般工業(yè)

43、領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的要求，同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，保證了通信的實時性。</p><p>　　采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點會主動退出數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間，在網(wǎng)絡(luò)重載的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。</p><p>　　直接通信距離最大可達10 km (速率在5

44、 kb/s以下)，最高通信速率可達1 Mb/s (此時距離最長為40 m)；節(jié)點數(shù)可達110個,通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。</p><p>　　CAN總線采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，其節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能,使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。</p><p>　　控制器局域網(wǎng)（CAN） 是由ISO 定

45、義的串行通訊總線，它最初出現(xiàn)在80 年代末的汽車工業(yè)里。它的基本設(shè)計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。由于CAN 串行通訊總線具有這些特性，它很自然地在汽車制造業(yè)以及航空工業(yè)中受到廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　CAN 在微控制器之間需要互相通信,或微控制器和遠程的外圍器件要互相通信的情況下,是一個理想的解決方法。在它的原始應(yīng)用環(huán)境車中，CAN&#

46、160;最初用于關(guān)鍵任務(wù)的實時監(jiān)控系統(tǒng)。例如，引擎管理系統(tǒng)和變速箱控制交換信息。而在這里，CAN 的短報文和有保證的報文延遲時間，允許每一個網(wǎng)絡(luò)的端口都能用當(dāng)前的數(shù)據(jù)工作，甚至數(shù)據(jù)的改變時間在上百個微秒時標的情況下，也可以使用這些系統(tǒng)。都利用CAN 控制器的PeliCAN 將不需要的報文濾出，以減少主CPU 的負載。但是低成本的獨立PeliCAN 設(shè)備就允許不是實時的任務(wù)。例如，門系統(tǒng)帶

47、有窗的升降鏡子控制等，逐步成為CAN 網(wǎng)絡(luò)的一部分。實際上，傳統(tǒng)的線束CAN網(wǎng)絡(luò)在一些情況下甚至在普通的器件上,譬如剎車燈和指示燈,只是附加的節(jié)點代替了兩線的CAN 網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)上CAN 是一個基于微控制器的器件互相連接的網(wǎng)絡(luò)。這意味著其每個節(jié)點的成本并不是特別的低。最有趣的發(fā)展成果就是SLIO 模塊這個概念，它是一個單芯片，能夠在CAN 網(wǎng)絡(luò)里充當(dāng)一個沉默的輸入輸出網(wǎng)關(guān)，并把報文轉(zhuǎn)化為實

48、際的數(shù)字IO 信號。它能讀IO 引腳，并把數(shù)據(jù)當(dāng)作報文傳輸。它還能使用集成A/D 轉(zhuǎn)換器來生</p><p>　　CAN 通訊協(xié)議描述了在設(shè)備之間信息如何傳遞。它對層的定義與開放系統(tǒng)互連模型（OSI）一致。每一層與另一設(shè)備上相同的那一層通訊。實際的通訊是發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層，而設(shè)備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連。CAN 的結(jié)構(gòu)定義了模型的最下面的兩層：數(shù)據(jù)鏈

49、路層和物理層。應(yīng)用層通過不同的新興協(xié)議層（專門用于特殊的工業(yè)領(lǐng)域，加上由個別CAN 用戶定義的任何合適的方案）和物理層連接。 </p><p>　　可能最好的CAN 協(xié)議工業(yè)標準，也許就是Allen-Bradley 的DeviceNet 。它是為PLC 和智能傳感器設(shè)計的。國際上廣泛應(yīng)用的CAN 協(xié)議工業(yè)標準還有CANopen 和SDS。 &l

50、t;/p><p>　　物理介質(zhì)包括帶有特定終端的雙絞線。在BasicCAN 的規(guī)范中，它的傳輸速率能達到250Kbaud，而PeliCAN 能達到1Mbaud。 </p><p>　　物理層和數(shù)據(jù)鏈路層對于系統(tǒng)設(shè)計者來說是透明的，并包含在所有CAN 協(xié)議的部件中。這些部件有：帶有集成CAN 接口的微控制器，例如8051 兼容的Philips&#

51、160;P97C591 處理器和16 位的Philisp XA。82C200、 SJA1000 是一個獨立的CAN 控制器，它可以和很多微控制器直接接口。而與物理介質(zhì)連接可以用分離部件或者82C250、TJA1050 集成電路或相似的方法實現(xiàn)。SIEMENS、NEC 和NTEL 也提供獨立的CAN 控制器。</p><

52、p>　　在過去的20年的時間里，建議性標準RS-485作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域。作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路，目前在我國應(yīng)用的現(xiàn)場總線中，RS-485半雙工全雙工異步通信總線也是被各個研發(fā)機構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。但是基于在RS-485總線上，只能有一個主機的特點，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。由于RS-485總線本身存在的許多局限性，隨著科技的發(fā)展，RS-485的總線效率低、系統(tǒng)的實時性差、

53、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點少、應(yīng)用不靈活等缺點慢慢的暴露出來。雖然許多工程師生產(chǎn)廠商等提出了改進的方法和建議，但都不能從根本上解決RS-485這些先天性的問題。于是應(yīng)用RS-485的生產(chǎn)廠商開始尋求一種更好的更徹底的解決方案。CAN-bus總線在通信能力可靠性實時性靈活性易用性傳輸距離遠，成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢，成為業(yè)界最有前途的現(xiàn)場總線之一。</p><

54、p>　　據(jù)CIA統(tǒng)計，2001年僅在歐洲就銷售了超過1億個CAN-bus節(jié)點，幾乎淘汰了所有的RS-485系統(tǒng)。但在國內(nèi)基于歷史或者其他的原因，大多數(shù)的廠商工程師在設(shè)計產(chǎn)品工程立項時，第一想到的是應(yīng)用RS-485總線系統(tǒng)。這不能不說是一種遺憾，所以在國內(nèi)的RS-485總線仍然會有一段生命周期。 </p><p>　　常用的CAN 收發(fā)器有PCA82C250/251 TJA1050

55、0;TJA1040等型號。TJA1040 TJA1050 和CA82C250/251 一樣是一個遵從ISO 11898 的高速CAN 收發(fā)器，可以在汽車電子工業(yè)控制中使用。TJA1050 的設(shè)計使用了最新的EMC 技術(shù)，它采用了先進的絕緣硅SOI 技術(shù)進行處理。TJA1050比 PCA82C250/251 使用分離終端的抗電磁干

56、擾性能提高了20dB。TJA1050 集中在典型的clamp-15 應(yīng)用上，使用在汽車點火之后仍然保持不上電狀態(tài)，因此TJA1050 不提供待機模式。特別要注意的是，器件在不上電環(huán)境下的無源特性。TJA1040 是以TJA1050 的設(shè)計為基礎(chǔ)，由于使用了相同的SOI 技術(shù)，TJA1040 具有和TJA1050一樣出色的EMC 特性。和TJA1050

57、0;不同的是，TJA1040 象PCA82C250 251 一樣有待機模式，可以通過總線遠程喚醒。這樣TJA1040 可以認為是PCA82C250/251 的功能上的后繼者。TJA1040 還具有和PCA82C250/251 一樣的收發(fā)器引腳和功能。所以TJ</p><p>　　CAN 的發(fā)展前景非常樂觀，盡管CAN 協(xié)議已

58、經(jīng)有15 年的歷史，但它仍處在改進之中。從2000 年開始，一個由數(shù)家公司組成的ISO任務(wù)組織，定義了一種時間觸發(fā)CAN 報文傳輸?shù)膮f(xié)議Bernd Mueller。博士Thomas Fuehrer Bosch 公司人員和半導(dǎo)體工業(yè)專家學(xué)術(shù)研究專家將此協(xié)議定義為時間觸發(fā)通訊的CAN TTCAN 計劃。在將來標準化為ISO11898-4。這個CAN&#

59、160;的擴展已在硅片上實現(xiàn)，不僅可實現(xiàn)閉環(huán)控制下支持報文的時間觸發(fā)傳輸而且可以實現(xiàn)CAN 的x-by-wire 應(yīng)用。因為CAN 協(xié)議并未改變，所以在同一個的物理層上既可以實現(xiàn)傳輸時間觸發(fā)的報文，也可以實現(xiàn)傳輸事件觸發(fā)的報文。TTCAN 將為CAN 延長5-10 年的生命期，現(xiàn)在CAN 在全球市場上仍然處于起始點，當(dāng)?shù)玫街匾晻r，誰也無法預(yù)料CAN 總線系統(tǒng)

60、在下一個10 15 年內(nèi)的發(fā)展趨勢。這里需要強調(diào)一個現(xiàn)實，近幾年內(nèi)美國和遠東的汽車廠商將會在他們所生產(chǎn)汽車的串行部件上使用CAN。另外大量潛在的新應(yīng)用，例如娛樂。正在呈現(xiàn)不僅可用于客車也可用于家庭消費，同時結(jié)合高層協(xié)議應(yīng)用的特殊保安系統(tǒng)對CAN 的需求也</p><p>　　2.1.2 CAN總線的協(xié)議</p><p>　　依據(jù)國際標準化組織／開放系統(tǒng)互連參考

61、模型以及CAN的ISO／OSI參考模型的層結(jié)構(gòu)。對CAN協(xié)議的媒體訪問控制子層的一些概念和特征做如下說明： </p><p>　　(1)報文(Message) 總線上的報文以不同報文格式發(fā)送，但長度受到限制。當(dāng)總線空閑時，任何一個網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點都可以發(fā)送報文。 </p><p>　　(2)信息路由(Information Routing) 在CAN中，節(jié)點不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報文，比如站

62、地址，由接收節(jié)點根據(jù)報文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴展時，不用對應(yīng)用層以及任何節(jié)點的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節(jié)點。 </p><p>　　(3)標識符(Identifier) 要傳送的報文有特征標識符(是數(shù)據(jù)幀和遠程幀的一個域)，它給出的不是目標節(jié)點地址，而是這個報文本身的特征。信息以廣播方式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，所有節(jié)點都可以接收到。節(jié)點通過標識符判定是否接收這幀信息。 </p>

63、<p>　　(4)數(shù)據(jù)一致性應(yīng)確保報文在CAN里同時被所有節(jié)點接收或同時不接收，這是配合錯誤處理和再同步功能實現(xiàn)的。 </p><p>　　(5)位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同，但在一個給定的系統(tǒng)里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。 </p><p>　　(6)優(yōu)先權(quán) 由發(fā)送數(shù)據(jù)的報文中的標識符決定報文占用總線的優(yōu)先權(quán)。標識符越小，優(yōu)先權(quán)越高。 </p>

64、<p>　　(7)遠程數(shù)據(jù)請求(Remote Data Request) 通過發(fā)送遠程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點請求另一節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)?；貞?yīng)節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)幀與請求數(shù)據(jù)的遠程幀由相同的標識符命名。 </p><p>　　(8)仲裁(Arbitration) 只要總線空閑，任何節(jié)點都可以向總線發(fā)送報文。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送報文，就會引起總線訪問碰撞。通過使用標識符的逐位仲裁可以解決這個碰撞。仲裁的

65、機制確保了報文和時間均不損失。當(dāng)具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時發(fā)送時，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。在仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送的是“隱性”電平而監(jiān)視到的是“顯性”電平，那么這個單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。 </p><p>　　(9)總線狀態(tài) 總線有“顯性”和“隱性”兩個狀態(tài)，“顯性”對應(yīng)邏輯“0”，“隱性”對應(yīng)邏輯“1”。

66、“顯性”狀態(tài)和“隱性”狀態(tài)與為“顯性”狀態(tài)，所以兩個節(jié)點同時分別發(fā)送“0”和“1”時，總線上呈現(xiàn)“0”。CAN總線采用二進制不歸零(NRZ)編碼方式，所以總線上不是“0”，就是“1”。但是CAN協(xié)議并沒有具體定義這兩種狀態(tài)的具體實現(xiàn)方式。 </p><p>　　(10)故障界定(Confinement) CAN節(jié)點能區(qū)分瞬時擾動引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點會被關(guān)閉。 </p><p>

67、　　(11)應(yīng)答接收節(jié)點對正確接收的報文給出應(yīng)答，對不一致報文進行標記。 </p><p>　　(12)CAN通訊距離最大是10公里（設(shè)速率為5Kbps）或最大通信速率為1Mbps(假設(shè)通信距離為40米)。 </p><p>　?。?3）CAN總線上的節(jié)點數(shù)可達110個。通信介質(zhì)可在雙絞線，同軸電纜，光纖中選擇。 </p><p>　?。?4）報文是短幀結(jié)構(gòu)，短的傳

68、送時間使其受干擾概率低，CAN有很好的效驗機制，這些都保證了CAN通信的可靠性。CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅(qū)動電路。ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負荷。物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點間的傳輸過程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼／解碼、位定時和同步的實施標準。BOSCH CAN基本上沒有對物理層進行定義，但基于CAN的ISO標準對物理層進行了定義。設(shè)計一個CAN系統(tǒng)時，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證CA

69、N協(xié)議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求，即出現(xiàn)總線競爭時，具有較高優(yōu)先權(quán)的報文獲取總線競爭的原則，所以要求物理層必須支持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。在沒有發(fā)送顯性位時，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時，總線處于隱性狀態(tài)；當(dāng)有一個或多個節(jié)點發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。在CAN中，物理層從結(jié)構(gòu)上可分為三層：分別是物理層信令、物理介質(zhì)附件層和介質(zhì)從屬接口層。其中PLS連同數(shù)據(jù)

70、鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的</p><p>　　CAN的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制(Logical Link control，LLC)完成過濾、過載通知和管理恢復(fù)等功能，媒體訪問控制(Medium Aeeess control，MAC)子層完成數(shù)據(jù)打包／解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應(yīng)答、串并轉(zhuǎn)換等功能。這些功能都是圍

71、繞信息幀傳送過程展開的?！?</p><p>　　在CAN2.0B的版本協(xié)議中有兩種不同的幀格式，不同之處為標識符域的長度不同，含有l(wèi)l位標識符的幀稱之為標準幀，而含有29位標識符的幀稱為擴展幀。如CAN1.2版本協(xié)議所描述，兩個版本的標準數(shù)據(jù)幀格式和遠程幀格式分別是等效的，而擴展格式是CAN2.0B協(xié)議新增加的特性。為使控制器設(shè)計相對簡單，并不要求執(zhí)行完全的擴展格式，對于新型控制器而言，必須不加任何限制的支持標

72、準格式。但無論是哪種幀格式，在報文 </p><p>　　傳輸時都有以下四種不同類型的幀： </p><p>　　(1)數(shù)據(jù)幀(Data ) 數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌?</p><p>　　(2)遠程幀(Remote ) 總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一標識符的數(shù)據(jù)幀。 </p><p>　　(3)錯誤幀(Error ) 任何單

73、元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。 </p><p>　　(4)過載幀(Overload ) 過載幀用在相鄰數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間提供附加的延時。 </p><p>　　數(shù)據(jù)幀或遠程幀與前一個幀之間都會有一個隔離域，即幀間間隔。數(shù)據(jù)幀和遠程幀可以使用標準幀及擴展幀兩種格式。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體方案的確定</p><p>　　2.2.

74、1 微控制器的選取方案論證</p><p>　　方案一：利用常用的AT89C52作為主控制器，協(xié)調(diào)獨立CAN控制芯片完成本系統(tǒng)方案的設(shè)計。雖然51單片機目前使用最為廣泛，使用人數(shù)也非常眾多，但是由于其仍然是8位的CPU架構(gòu)，在系統(tǒng)的低功耗方面以及一些常用資源模塊方面顯得有些不足，例如沒有SPI接口，這使得它同有些獨立CAN控制比如MCP2510接口就需要用普通IO口來模擬SPI時序，不僅浪費系統(tǒng)資源，在速度上也得

75、不到保證。 </p><p>　　方案二：選用美國德州儀器公司的超低功耗微控制器MSP430系列單片機最為主控制器，MSP430系列單片機是美國德州儀器公司與1996年開始向市場上推廣的一種16為超低功耗混合信號處理器（Mixed Signal Processor），稱之為混合信號處理器是由于其針對設(shè)計應(yīng)用，把許多模擬電路、數(shù)字電路以及微處理器和一些相關(guān)資源集成在一個芯片上，以提供“單片解決方案”，由于其獨特的超

76、低功耗設(shè)計，使得單片機在RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅有0.1uA，在活動模式下也僅僅耗電250uA/MIPS（MIPS：每秒百萬條指令數(shù)），另外，由于MSP430系列大部分單片機均自帶有SPI接口，從而使得它同一些帶有SPI接口的獨立CAN控制器接駁顯得十分方便，系統(tǒng)程序也大大簡化，而且還可以提高CPU的利用率，增加了系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)以上和資料總結(jié)出來MSP430F149的特色如下：(1)超低功耗，MSP430F149運行在1MHz時鐘

77、條件下時，工作電流視工作模式不同為0.1～400μA，工作電壓為1.8～3.6V；(2)具有強大的處理能力，采用RISC指令集，只需簡潔的27條指令，高度正交指令結(jié)構(gòu)，處理內(nèi)核功</p><p>　　綜上所述：由于MSP430F149具有以上的特點，十分適合開發(fā)的要求，但是由于學(xué)校采用的AT89c52比較常用，所以本方案最終擬選用AT89C52作為主控制器，用來處理CAN控制器對CAN報文的發(fā)送與接收、與上位機的

78、協(xié)調(diào)以及數(shù)據(jù)傳輸工作。 </p><p>　　2.2.2 CAN控制器的選取方案論證 </p><p>　　方案一：利用Philips公司的SJA1000 CAN 控制器最為本系統(tǒng)的CAN控制器。SJA1000是一種獨立的CAN控制器，主要用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。它是Philips半導(dǎo)體公司PCA82C200CAN控制器（BasicCAN）的替代產(chǎn)品，而且它增加了一種新

79、的操作模式——PeliCAN，這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議。其引腳與PCA82C200獨立CAN控制器兼容，電氣參數(shù)也與PCA82C200獨立CAN控制器兼容，因此完全可以代替PCA82C200，而且比較PCA82C200而言，可以支持CAN2.0B協(xié)議，有擴展的接收緩沖器64字節(jié)，先進先出（FIFO）。大多數(shù)情況下，SJA1000是與51系列單片機用總線方式來做CAN的控制應(yīng)用。如果是1M/s的通訊速度的話，實際上

80、的流量只有500多K，上述問題產(chǎn)生的原因是SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū)只有1個，應(yīng)用程序在判斷發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，需要計算下一幀需要裝載的數(shù)據(jù)長度，然后根據(jù)長度再裝載相應(yīng)的數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，這個過程要消耗掉了一定的時間（特別是標準51內(nèi)核的單片機），因此CAN總線上的數(shù)據(jù)流實際上是發(fā)</p><p>　　方案二：選用Microchip公司推出的獨立CAN總線控制器芯片MCP2510作為本系統(tǒng)的CAN控制芯片，它完全符CA

81、N總線2.0B技術(shù)規(guī)范，并帶有符合工業(yè)標準的SPI串行接口。CP2510在目前市場上是體積最小、最易于使用也是價格最便宜的獨立CAN控制器。MCP2510 能夠發(fā)送和接收標準數(shù)據(jù)幀以及擴展數(shù)據(jù)幀，并具有接收過濾功能和信息管理的功能。MCP2510 通過SPI接口與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mbps，單片機可以通過MCP2510與CAN 總線上的其它單片機進行通信。內(nèi)含3個發(fā)送緩沖器，2個接收緩沖器，并且具有靈活的中斷能力

82、、幀屏蔽和過濾、幀優(yōu)先級設(shè)定等特性。這些特點使得單片機對于CAN總線的操作變得非常簡單。MCP2510內(nèi)含6個接收過濾器和2個接收過濾屏蔽器，在實際應(yīng)用時具有較大的靈活性。其主要功能如下：(1)完全支持CAN總線V2.0A和V2.0B技術(shù)規(guī)范，通信速率為1 Mb/s；(2)最大可編程波特率為1 Mb/s；(3)有標準幀和擴展幀兩種數(shù)據(jù)幀可供選擇，每個幀中的數(shù)據(jù)段長為0~8個字節(jié)；(4)支持遠程幀，內(nèi)含3個發(fā)送緩沖器和2個接收緩沖器，并且

83、其</p><p>　　與SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作模式不同，MCP2510只有一種工作模式，即Normal（正常）模式。Normal模式既支持CAN的標準幀格式，也支持CAN2.0B的擴展幀格式，這樣就可以在同一個總線上同時存在標準幀和擴展幀而不會出現(xiàn)錯誤，在程序執(zhí)行過程中之需要在初始化時候的配置模式方式下初始化好波特率等相關(guān)參數(shù)后，設(shè)置為正常模式就可以正常通訊了。 所以本系統(tǒng)的

84、CAN控制器最終選擇為Philips公司的SJA1000 CAN 控制器最為本系統(tǒng)的CAN控制器。</p><p>　　2.2.3 CAN收發(fā)器的選取方案論證 </p><p>　　方案一：選用TJA1041作為CAN 收發(fā)器，這款高速收發(fā)器最初是用在汽車內(nèi)部，完全符合ISO 11898標準， 速度高達1M標稱波特率， 電磁輻射EME非常低， 差動接收器具有較寬的共模范圍可抗電磁干擾EMI

85、， 不上電狀態(tài)下的無源性能， I/O 級自動適應(yīng)主機控制器的電源電壓， 如果使用分裂終端電壓源可以穩(wěn)定隱性總線電平進一步改善EME， 具有只聽模式， 至少可以連接110個節(jié)點，具有低功耗管理， 消耗電流極低的待機模式和睡眠模式，另外還有本地和遠程喚醒的功能。是一款非常優(yōu)秀的CAN收發(fā)器。 </p><p>　　方案二：選用Philips 半導(dǎo)體公司的PCA82C250作為本系統(tǒng)的CAN收發(fā)器，它具有抗汽車環(huán)境下的

86、瞬間干擾，具有保護總線的能力，采用斜率控制（Slope Control），降低射頻干擾（RFI），另外CANH有高電位和懸浮狀態(tài)兩種方式，CANL有低電位和懸浮狀態(tài)兩種模式，所以可以避免像485總線那樣，如果有多個從機同時向主機發(fā)送數(shù)據(jù)時候出現(xiàn)的總線與電源及地之間的短路，另外CAN總線驅(qū)動電路82C250在性能上比RS485總線驅(qū)動電路強得多。在現(xiàn)今大多數(shù)工業(yè)控制現(xiàn)場，基于CAN總線的測控網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)都是選用PCA82C250作為CAN的

87、收發(fā)器，所以說無論在性價比上，還是在器件選購方面也都非常方便。 </p><p>　　綜合以上兩種方案，兩種CAN收發(fā)器都有著非常優(yōu)秀的性能，都完全可以實現(xiàn)本系統(tǒng)預(yù)定的功能，但是由于PCA82C250有著更好的性價比以及更加容易購買，所以本系統(tǒng)最終選取了PCA82C250最為CAN收發(fā)器。 </p><p>　　2.2.4 系統(tǒng)總體方案及框圖 </p><p>　　

88、由以上方案分析與論證，我們最終確定了本系統(tǒng)的總體方案，即：選用AT89C52作為主控制器，用來處理CAN控制器對CAN報文的發(fā)送與接收、與上位機的協(xié)調(diào)以及數(shù)據(jù)傳輸工作，利用Philips公司的SJA1000 CAN 控制器最為本系統(tǒng)的CAN控制器。通過飛利浦半導(dǎo)體公司的CAN收發(fā)器PCA82C250完成CAN總線上報文的收發(fā)工作，另外考慮到系統(tǒng)的向前兼容性，還保留了一套485總線，利用美信公司的MAX232作為485總線收發(fā)器，在數(shù)字量

89、信號的采集與輸出上，AT89C52有多達32個IO口。完全可以勝任，模擬量采集方面由于內(nèi)部具有12位的逐次逼近型AD，并且有多達8個通道，只需要在模擬前端設(shè)計好信號調(diào)理電路，便可以完成模擬信號量的采集。整個系統(tǒng)的方框圖：</p><p>　　如上圖，通過PCI總線同上位機進行通信，由于上位機程序直接調(diào)用科日新工控有限公司的動態(tài)鏈接庫，下位機的具體框圖如圖2-8所示： </p><p>　　

90、3 系統(tǒng)硬件電路器件介紹與電路分析 </p><p>　　3.1節(jié)點通信電路設(shè)計主要芯片介紹</p><p>　　節(jié)點的硬件電路的設(shè)計主要是CAN總線通信控制器與主控制器之間的接口電路，以及CAN總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路設(shè)計。CAN通信控制器是接口電路的核心，它主要完成CAN總線的通信協(xié)議，而CAN總線收發(fā)器的功能則是增大通信距離，保護系統(tǒng)不受干擾。本文設(shè)計了CAN總線接口電路，

91、在設(shè)計中使用的是美國ATMEL公司的AT89C52作為主控制器及PHILIPS的SJAl000總線通信控制器，在與物理總線的連接處則采用了PCA82C250收發(fā)器。以下對用到的芯片進行簡單的介紹。</p><p>　　3．1．1 AT89C52簡介</p><p>　　主控制器主要負責(zé)處理CAN總線以及MAX232接口的上層實現(xiàn)，完成兩種格式數(shù)據(jù)幀的交換過程，并且完成現(xiàn)場信號的采集，其運算

92、量不是很大，所以這里選用ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能8位CMOS單片機AT89C52作為主控制器。AT89C52片內(nèi)含8KBytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash程序存儲器，256ByteS的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，32個外部雙向輸入／輸出(I／0)口，5個中斷優(yōu)先級，3個16位可編程定時計數(shù)器∞l?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯

93、片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。</p><p>　　選用該型單片機的原因如下：</p><p>　　1．節(jié)點功能比較單一，程序量不大，用該型單片機無需擴展程序存儲器。</p><p>　　2．作為數(shù)據(jù)采集的節(jié)點的數(shù)據(jù)都會及時的發(fā)送出去，需要的本地存儲容量不大，采用該型單片機無需擴展數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　3．該型單片機可以方便

94、的擴展MAX232通信功能，為節(jié)點用于改造現(xiàn)有溫室控制系統(tǒng)提供方便。</p><p>　　AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央 處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單

95、片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。</p><p>　　AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。  主要功能特性：  · 兼容MCS51指令系統(tǒng)        · 8k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM 

96、 · 32個雙向I/O口        · 256x8bit內(nèi)部RAM  · 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷        · 時鐘頻率0-24MHz  · 2個串行中斷     &#

97、160;  · 可編程UART串行通道  · 2個外部中斷源        · 共6個中斷源  · 2個讀寫中斷口線        · 3級加密位  · 低功耗空閑和掉電模式

98、        · 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能</p><p>　　3.1.2SJAl000簡介</p><p>　　本設(shè)計選取了目前市場上使用最為普遍的PHILIPS公司的CAN總線通信控制器SJAl000和PCA82C250總線收發(fā)器，主要是考慮到SJAl000支持CAN2．0規(guī)范，而且PCA82C250則可支持多達11

99、0個節(jié)點，其主要用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制，其功能特性如下</p><p>　　--和PCA82C200 獨立CAN 控制器引腳兼容</p><p>　　--和PCA82C200 獨立CAN 控制器電氣兼容</p><p>　　--PCA82C200 模式即默認的BasicCAN 模式</p><p>　　--擴展的接收緩沖器

100、64 字節(jié)先進先出FIFO</p><p>　　--和CAN2.0B 協(xié)議兼容PCA82C200 兼容模式中的無源擴展幀</p><p>　　--同時支持11 位和29 位識別碼</p><p>　　--位速率可達1Mbits/s</p><p>　　--PeliCAN 模式擴展功能</p><p>　　--可讀/寫訪

101、問的錯誤計數(shù)器</p><p>　　--可編程的錯誤報警限制</p><p>　　--最近一次錯誤代碼寄存器</p><p>　　--對每一個CAN 總線錯誤的中斷</p><p>　　--具體控制位控制的仲裁丟失中斷</p><p><b>　　--單次發(fā)送無重發(fā)</b></p>

102、<p>　　--只聽模式無確認無活動的出錯標</p><p><b>　　志</b></p><p>　　--支持熱插拔軟件位速率檢測</p><p>　　--驗收濾波器擴展4 字節(jié)代碼4 字節(jié)屏蔽</p><p>　　--自身信息接收自接收請求</p><p>　　--24MHz 時鐘

103、頻率</p><p>　　--對不同微處理器的接口</p><p>　　--可編程的CAN 輸出驅(qū)動器配置</p><p>　　--增強的溫度適應(yīng)-40-+125</p><p>　　SJA1000 是一種獨立控制器用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制CAN 它是PHILIPS半導(dǎo)體PCA82C200 CAN 控制器BasicCAN 的

104、替代產(chǎn)品而且它增加了一種新的工作模式PeliCAN ,這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B 協(xié)議。</p><p>　　3.1.3 PCA82C250收發(fā)器</p><p>　　PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，該器件對總線提供差動發(fā)送能力并對CAN控制器提供差動接收能力。這是全世界使用最廣泛的CAN收發(fā)器。其特性如下：</p><p&g

105、t;　　完全符合“ISO11898”標準</p><p>　　高速(可達1Mbps)</p><p><b>　　可掛110個節(jié)點</b></p><p><b>　　低電流待機模式</b></p><p>　　未供電的節(jié)點不會干擾總線 斜率控制以降低射頻干擾(RFI) 差動接收器具有寬共模范圍

106、，有很強的抗電磁干擾(EMI)的能力</p><p><b>　　其優(yōu)勢主要有：</b></p><p>　　在汽車環(huán)境中，對總線提供瞬變保護</p><p>　　對電源和地的短路保護</p><p><b>　　熱保護 </b></p><p><b>　　功能框

107、圖如下：</b></p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件總體描述</p><p>　　整個系統(tǒng)硬件電路包括AT89C52 單片機的最小系統(tǒng)以及CAN總線的控制芯片sja1000接口電路和CAN收發(fā)器PCA82C250模塊,另外還有模擬量和開關(guān)量的輸入和輸出，由于本系統(tǒng)旨在完成CAN總線分布式測控系統(tǒng)的功能而并非一個實際復(fù)雜的系統(tǒng)，因此只選取了四路模擬量的輸入，用電位器的電位調(diào)整值

108、來表示，開關(guān)量的輸出也只選取了四路，用四個藍色LED的亮滅來表示，另外考慮到同以往常用總線的兼容性，還保留了485總線。CAN口和485接口選用平常電纜線作為數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，在實際中由于CAN總線的物理層沒有定義具體的傳輸介質(zhì)，所以為了提高傳輸距離，可以考慮選用雙絞線或者光纖。電源方面由于AT89C52單片機需要1.8至3.6V低電壓供電，而SJA1000需要5Ｖ供電，而MCP2510工作電壓可以從3.0V到5.5V，所以系統(tǒng)用AS111

109、7穩(wěn)壓3.3伏給AT89C52和SJA1000供電，而用7805穩(wěn)壓5V給PCA82C250供電，雖然SJA1000和PCA82C250的工作電壓不一樣，但是MCP2510的電壓范圍從3.0V一直延伸到5.5V，所以不會出現(xiàn)電平不匹配的情況。</p><p>　　3．2.1硬件設(shè)計方案</p><p>　　3.2.1.1CAN總線數(shù)據(jù)采集節(jié)點的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。</p>