南京工程学院
成绩 自动化学院
现场总线技术及其应用课程论文
专 业： 自动化（数控技术） 班 级： K数控ZB093 学 号： 240095410 学生姓名： 陈 浩 任课教师： 徐庆宏
题目： 基于CAN总线的通信系统设计
摘 要
现场总线技术被誉为自动化领域的局域网，它是计算机技术、通信技术、控制技术的集成。其中，CAN总线是控制器局域网总线(contr01ler AreaNetwork)的简称。属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性及独立的设计而被广泛应用于工业现场控制系统中。SJAl000是一个独立的CAN控制器，PCA82C200的硬件和软件都兼容，具有一系列先进的性能，特别在系统优化、诊断和维护方面，因此，SJAl000将会替代PCA82C200。SJAl000支持直接连接到两个著名的微型控制器系列80C51和68xx。下面以单片机STC89C52和SJAl000为例，介绍CAN总线模块的硬件设计和CAN通信软件的基本设计方法。
关键字： CAN总线 STC89C52 SJA1000
Abstract
The field bus technology is praised as the LAN of the automatic field, it is integration of computer , communication , control technology. Among them, CAN bus is controller LAN bus (contr01ler AreaNetwork) for short. Belongs to the category of field bus, is a kind of effective support distributed control or real-time control of serial communication network. Because of its high performance, high reliability and the independent design and is widely used in the industrial field control system. SJAl000 is an independent CAN controller, PCA82C200 hardware and software are compatible with a series of advanced properties, especially in system optimization, diagnosis and maintenance, therefore, SJAl000 will replace PCA82C200. SJAl000 support directly connected to the two famous micro controller series 80 C51 and 68 xx. The STC89C52 and SJAl000 with the single chip processor as an example, this paper introduces the hardware design of CAN bus module and CAN the communication software basic design method.
Key words: CAN bus STC89C52 SJA1000
目 录
前言........................................................................ 2 第1章 CAN现场总线介绍 ..................................................... 5
1．1 CAN现场总线发展背景.............................................. 5 1．2 CAN现场总线的主要特点............................................ 6 第2章 CAN现场总线控制器与收发器 .......................................... 4
2．1 CAN通信控制器SJA1000功能简介.................................... 4 2．2 CAN总线控制器功能简介............................................ 4 2．3 CAN总线收发器功能简介............................................ 5 第3章 CAN总线的通信系统设计 .............................................. 6
3．1 单片机电路设计 ................................................... 6 3．2 CAN总线控制器电路设计............................................ 7 3．3 CAN总线接口电路设计.............................................. 7 3．4 显示电路设计...................................................... 8 3．5 系统软件设计...................................................... 8 第4章 结束语.............................................................. 15 参考文献................................................................... 13
前 言
近年来，随着信息技术的飞速发展以及控制、计算机、通信、网络等技术的融合，信息交换已经渗透到工业生产领域的各个层次，从现场设备到控制管理的各个层次。传统的RS-232、RS-485和CCITTV.24通信标准和通信系统已经远远不能满足工业现场的通信需要。传统的现场控制技术及现场监控设备正在发生一场新的革命，这就是以全数字式现场总线为代表的现场控制仪表，设备的互连规范，在全世界范围内兴起。以现场总线为基础的全数字控制系统将现有的模拟信号电缆用高容量的现场总线网络代替，从而大大减轻现场信号电缆连接的费用和工作量，提高信号的传输效率，提高信号传输的精密和灵活性，为工业现场用户带来了巨大的好处。
现场总线技术是自动化领域发展的热点，是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的串行通信系统，被誉为自动化领域的局域网，它是计算机技术、通信技术、控制技术的集成。
现场总线控制系统打破了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的物理连接，而现场总线控制系统把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，将每个网络节点连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统和控制系统。现场总线中的传感器、变送器、执行机构均置入微控制器。使它们具备了数字计算和数字通信的能力，信息的传输不再依赖于控制室内的计算机或控制仪表，直接在现场的个网络节点完成，实现了彻底的分散，有力地推动了测控系统向数字化、网络化、智能化方向发展。
在这些总线标准中，CAN总线以其高性能、高可靠性及其独特的设计越来越受到人们的重视，在国外已有很多大公司的产品采用了这一技术。
CAN是英文Controller Area Network的缩写，即控制器局域网络，是一种主要用于各种过程（设备）检测及控制的网络，最初是为汽车的检测、控制系统而设计的。众所周知，现代汽车越来越多的采用电子控制装置来控制如发动机定时、注油以及复杂的加速刹车控制（ASC）、抗锁定刹车系统（ABS）等。但存在由于这些部件及参数的监控需要交换大量的数据，如果采用硬接信号线的方法势必繁琐而且昂贵等一些问题，用传统方法是很难解决的，采用CAN后就能很好的解决这些问题了。其中CAN总线的总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准（ISO11898），得到多个公司的支持，已广泛应用为离散控制领域。CAN已被公认为几种最有前途的现场总线之一。
本文着重介绍了基于CAN总线的通信系统的设计。
第1章 CAN现场总线介绍
1．1 CAN现场总线发展背景
任何从事电气控制系统的设计、安装、调试、维修人员时刻面临着大量复杂的控制线路，也就意味着较大的工作量。能够在实现系统要求功能的情况下设计最简洁、可靠的线路成为控制线路设计人员追求的一种高水平的境界。简洁的控制线路意味着为了减小发生在控制线路上小的故障率而做更多的工作。
如果所有的控制线路简化到像现在大多的民用电器的供电线路一样只用一对双绞线，每个传感器、动作单元的控制线都挂到这对双绞线上，所有的主控设备也都挂到双绞线上，主控设备可以在线路上找到与自己有关的被控对象进行控制而与在线的其它主控设备、被控单元无关。那么控制线路的设计、接线、维护工作将轻松到极点了。
工控界有诸多专家预言：二十一世纪工控界将发生一次技术革命:用户可将不同的公司生产的不同现场总线标准的现场仪表和DCS挂接在同一个现场总线上，其优异的性能必将取代诸多控制手段而成为控制系统的主流。
CAN(Controller Area Network)控制器局域网络是在20世纪80年代初由德国的BOSCH公司提出为解决汽车内部的复杂硬信号连接而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光导纤维。目前，其应用范围已不再局限于汽车工业，而向过程控制、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN总线以其独特的设计，低成本、高可靠性、实时性、抗干扰能力强、纠错能力强等特点在测控领域获得广泛应用，成为一种新型的工业控制现场总线方案。
但是，CAN芯片只提供了开放系统互连参考模型中的物理层和链路层功能，一般用户必须直接用驱动程序操作链路层，不能直接满足工业控制网络的组态和产品互连的要求，为了以CAN芯片为基础构成完整的工业控制现场总线系统，必须制定相应的应用层协议，实现系统的组态、设备互连和兼容功能。1993年11月ISO正式颁布了道路交通运输工具、数据信息交换、高速通信控制器局欲网国际标准ISO11898CAN高速应用标准，ISO11519CAN低速应用标准。这为控制器局域网的标准化、规范化铺平了道路。目前CANopen协议已经被提交欧洲标准委员会讨论，作为一种新的工业现场总线标准EN-50325-4。
CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分