现场总线技术大作业(2)

2020-06-05 12:20

布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN遵循ISO的标准模型,分为数据链路层和物理层。在工程上,这两层通常由CAN控制器和收发器实现的。CAN应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。

1.2 CAN现场总线的主要特点

1)CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上,方便地构成分布式监控系统。

2)CAN可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息,而不分主从,通讯方式灵活,且无需站地址等信息。利用这一特点也可以方便地构成多机备份(容错)系统。

3)CANBUS网络上节点信息可分成不同的优先等级,可以满足不同的实时要求,高优先级的数据最多可在134μs内得到传输。

4)CAN采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时向网络上传送信息时,优先级低的节点会主动停止数据发送,而优先级最高的节点可不受影响地继续传输数据,有效避免了总线冲突,从而大大节省了总线冲突仲裁时间,尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(以太网则可能会出现网络瘫痪)。

5)CANBUS上节点数理论值为2000个,实际可达110个,它主要取决于总线驱动能力的大小;报文标志符可达2032种(CAN2.0A),而扩展标准(CAN2.0B)的报文标识符几乎不受限制。

6)CAN采用短帧结构,每一帧的数据段长度最多为8个字节,可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求,并可保证通信的实时性,这样短的传输时间,受干扰的概率低,重新发送的时间短,具有极好的检错效果。

7)通讯介质采用廉价的双绞线、同轴电缆或光缆,无特殊要求,用户可灵活选择。

8)开发系统廉价,OEM用户容易操作,INTER、PHILIPS等芯片厂家均生产具有CAN接口的80C51芯片。

CAN总线是一种多主总线系统,特别适合工业过程监控设备的互连,因此越来越受到工业界重视。而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期。另外,CAN已被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准。CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互联参考模型基础上的,主要工作在数据链路层和物理层。

第2章 CAN现场总线控制器与收发器概述

2.1 CAN通信控制器SJA1000功能简介

CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由实现CAN总线协议的部分和实现与微处理器接口部分的电路组成。对于不同型号的CAN总线通信控制器,实现CAN协议部分电路的结构和功能大多相同,而与微处理器接口部分的结构和方式存在一些差异。这里主要以SJA1000为代表对CAN控制器的功能作一个简单介绍。

SJA1000是一种独立CAN控制器。它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代产品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN两种工作方式。PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2.0B协议。

SJA1000在软件和引脚上都是与它的前一款PAC82C200独立CAN控制器兼容的(SJA1000引脚功能如附表1所列),在此基础上增加了很多新的功能。为了实现软件兼容,SJA1000采用了两种工作方式:BasicCAN方式(PCA82C200兼容方式)和PeliCAN方式(扩展特性方式)。工作方式通过时钟分频寄存器中的CAN方式位来选择。上电复位默认工作方式是BasicCAN方式。

2.2 CAN总线控制器功能简介

CAN总线控制器选用SJA1000。SJAl000是一个独立的控制器,有两种不同的模式。(1)BasiccAN模式:系统上电后默认的模式,与PCA82C200兼容。(2)PelicAN模式:支持CAN2.0B协议规定的所有功能。SJAl000的内部结构如图1所示,其功能模块主要有:接口管理逻辑、接收FIFO队列、接收滤波器、发送缓冲器和CAN核心模块。CAN核心模块基于CAN2.0B的协议执行对CAN帧的发送和接收。逻辑管理接口实现与外部单片机的连接。SJAlO00的发送缓冲器可以存储一个完整的报文,当单片机开始一个传送时,逻辑管理接口会使CAN核心模块读发送缓冲器的数据,依照CAN2.OB协议发送数据。当收到一个报文时,cAN核心控制模块将连续的位转换为标准的数据存放于接收过滤器中,通过验收码寄存器、验收屏蔽寄存器进行过滤处理,将符合标志位要求的数据放人接收FIF0队列中

以下为SJA1000芯片的特点:

● 管脚及电气特性与独立CAN总线控制器PCA82C200兼容; ● 软件与PCA82C200兼容(缺省为基本CAN模式);

● 扩展接收缓冲器(64字节FIFO); ● 支持CAN2.0B协议; ● 位通讯速率为1Mbits/s; ● 支持多种微处理器接口; ● 可编程CAN输出驱动配置;

 

SJA1000内部结构图

2.3 CAN总线收发器功能简介

CAN总线收发器选用Philips公司PCA82C250产品。CAN总线收发器是CAN

协议控制器和物理总线之间的接口,该器件对总线提供差动发送能力并对CAN控制器提供差动接受能力,有很强的对抗电磁干扰(EMI)的能力,至少可挂110个节点。

3.1单片机电路设计

PCA82C250内部构造

第3章 CAN总线的通信系统设计

 

STC89C52自带有片内ROM和一定数量的RAM,一般不需要扩展片外的存储器,并且能和MCS—51产品兼容。本设计选用简单基本的经典复位电路,它利用电容和电阻的充放电来产生一个达到时间要求的连续低电压,并输入到单片机的复位管脚,如下图所示:

 

 

计电路如下图所示:

3.3 CAN总线接口电路设计

3.2 CAN总线控制器电路设计

 

CAN总线收发器选用PCA82C250,其封装为SOIC,而且只有8个引脚,其设

SJA1000被设计为全面支持CAN 2.0B协议,而且支持多处理器接口,其接口电路十分简单,如下图所示: 其电路图如下:

 

 


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