基于CAN總線大作業(yè)

1、基于CAN總線的樓宇智能環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計某樓宇有多個房間（如下圖所示），其中一個房間可作為集中監(jiān)控室，每個房間都安裝溫度和濕度傳感器，并通過CAN總線監(jiān)測到的溫度、濕度信號發(fā)送到監(jiān)控室中的上位機PC用于隨時監(jiān)控各房間的環(huán)境狀況。1） 介紹CAN總線網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)。CAN總線與簡單總線邏輯不同，CAN是一種復(fù)雜邏輯的總線結(jié)構(gòu)。參照ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。而數(shù)據(jù)鏈路層又包括邏輯鏈路子層LLC（Logic Link Control）和媒體訪問控制子層MAC（Medium Access Control）。CAN的通信參考模型如圖一所示。1. 物理層在物理層中定義實際信號

2、的傳輸方法，包括位的編碼和解碼、位的定時和同步等內(nèi)容，作用是定義不同節(jié)點之間根據(jù)電氣屬性如何進行位的實際傳輸。在物理連接上，CAN總線結(jié)構(gòu)提供兩個引腳-CANH和CANL，總線通過CANH和CANL之間的差分電壓完成信號的位傳輸。2. 邏輯鏈路子層LLC邏輯鏈路子層LLC的主要功能是，對總線上傳輸?shù)膱笪膶嵭薪邮諡V波，判斷總線上傳輸?shù)膱笪氖欠衽c本節(jié)點有關(guān)，哪些報文應(yīng)該為本節(jié)點接收；對報文的接收予以確認(rèn)；為數(shù)據(jù)傳送和遠程數(shù)據(jù)請求提供服務(wù)；當(dāng)丟失仲裁或被出錯干擾時，邏輯鏈路子層具有自動重發(fā)的恢復(fù)管理功能等。3. 媒體訪問控制子層MACMAC子層是CAN協(xié)議的核心。它負責(zé)執(zhí)行總線仲裁、報文成幀、出錯檢

3、測、錯誤標(biāo)定等傳輸控制規(guī)則。數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路子層LLC接收濾波超載通州恢復(fù)管理媒體訪問控制層MAC數(shù)據(jù)封裝/拆裝幀編碼（填充/解除填充）媒體訪問管理錯誤檢測出錯標(biāo)定應(yīng)答串行化/解除串行化物理層位編碼/解碼位定時同步驅(qū)動器/接收器特性連接器圖一 CAN的通信參考模型2） 介紹CAN總線通訊協(xié)議的報文格式。根據(jù)CAN報文幀的不同用途，可以把CAN報文幀劃分為以下4種類型，數(shù)據(jù)幀，遠程幀，出錯幀，超載幀。1. 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器?？偩€上傳輸?shù)拇蠖嗍沁@種幀，從標(biāo)識符長度上，又可以把數(shù)據(jù)幀分為標(biāo)準(zhǔn)幀(11位標(biāo)識符)和擴展幀(29位標(biāo)識符)。數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、

4、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC 場、應(yīng)答場、幀結(jié)束。其中，數(shù)據(jù)場的長度為08個字節(jié)。標(biāo)識符位于仲裁場中，報文接收節(jié)點通過標(biāo)識符進行報文濾波。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖二所示。圖二 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)2. 遠程幀由總線上的節(jié)點發(fā)出，用于請求其他節(jié)點發(fā)送具有同一標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀。當(dāng)某個節(jié)點需要數(shù)據(jù)時，可以發(fā)送遠程幀請求另一節(jié)點發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)幀。與數(shù)據(jù)幀相比，遠程幀沒有數(shù)據(jù)場。遠程幀結(jié)構(gòu)如圖三所示。圖三 遠程幀結(jié)構(gòu)3. 出錯幀任何單元，一旦檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。錯誤幀由兩個不同的場組成，第一個場是由不同站提供的錯誤標(biāo)志的疊加(錯誤標(biāo)志)，第二個場是錯誤界定符。出錯幀結(jié)構(gòu)如圖四所示。圖四 出錯幀結(jié)構(gòu)4. 超載幀超載幀用于在先行

5、的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠程幀)之間提供附加延時。超載幀包括兩個場：超載標(biāo)志和超載界定符。超載幀結(jié)構(gòu)如圖五所示。圖五 超載幀結(jié)構(gòu)3） 在總線上傳輸?shù)膱笪囊詭Y(jié)構(gòu)進行傳輸，與CAN總線傳輸相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)術(shù)是什么？實現(xiàn)過程是什么？答：在CAN系統(tǒng)中為保證報文傳輸?shù)恼_性，需要對通信過程進行差錯控制。目前常用的方法是反饋重發(fā)，即一旦收到接收端發(fā)出的出錯信息，發(fā)送端便自動重發(fā)，此時的差錯控制只需要檢錯功能。常用的檢錯碼有兩類：奇偶校驗碼和循環(huán)冗余校驗碼。奇偶校驗碼是一種最常見的檢錯碼，其實現(xiàn)方法簡單，但檢錯能力較差；循環(huán)冗余校驗碼的編碼也很簡單且誤判率低，所以在通信系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。下面介紹網(wǎng)絡(luò)中循

6、環(huán)冗余校驗碼（即CRC碼）的原理和實現(xiàn)方法。1、 CRC碼檢錯的工作原理CRC碼檢錯是將被處理報文的比特序列當(dāng)作一個二進制多項式A(×)的系數(shù)，該系數(shù)除以發(fā)送方和接收方預(yù)先約定好的生成多項式g(×)后，將求得的余數(shù)p(×)作為CRC校驗碼附加到原始的報文上，并一起發(fā)給接收方。接收方用同樣的g(×)去除收到的報文B(×)，如果余數(shù)等于p(×)，則傳輸無誤(此時A(×)和B(×)相同)；否則傳輸過程中出錯，由發(fā)送端重發(fā)，重新開始CRC校驗，直到無誤為止。 上述校驗過程中有幾點需注意：在進行CRC計算時，采用二進制(模2

7、)運算法，即加法不進位，減法不借位，其本質(zhì)就是兩個操作數(shù)進行邏輯異或運算；在進行CRC計算前先將發(fā)送報文所表示的多項式A(×)乘以×n，其中為生成多項式g(×)的最高冪值。對二進制乘法來講，A(×)·×n就是將A(×)左移位，用來存放余數(shù)(×)，所以實際發(fā)送的報文就變?yōu)?×)·×np(×)；生成多項式g(×)的首位和最后一位的系數(shù)必須為。 目前已經(jīng)有多種生成多項式被列入國際標(biāo)準(zhǔn)中，如：CRC-4、CRC-12、CRC-16、CCITT-16、CRC-32等。CAN總

8、線中采用的生成多項式為g(×)×15+×14+×10+×8+×7+4+×3+1?？梢钥闯?，CAN總線中的CRC校驗采用的多項式能夠校驗七級，比一般CRC校驗(CRC-4、CRC-12、CRC-16等)的級數(shù)(二五級)要高許多，因而它的檢錯能力很強，誤判率極低，成為提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的有效檢錯手段。2、 CRC序列計算方法多項式g(×)除法的余數(shù)就是發(fā)送到總線上的CRC序列。為了實現(xiàn)這個功能，可以使用15位的移位寄存器-CRC_RG(14 : 0)。如果NXTBIT指示位流的下一位，那么從幀的起始到

9、數(shù)據(jù)末尾都由沒有填充的位順序給定。CRC序列的計算如下：CRC_RG=0; /初始化移位寄存器 REPEAT CRCNXT = NXTBIT EXOR CRC_RG(14); /異或運算 CRC_RG(14 : 1)= CRC_RG(13 : 0); /寄存器左移1位 CRC_RG(0)=0; IF CRCNXT THEN CRC_RG(14 : 0)=CRC_RG(14 : 0)EXOR（H） END IFUNTIL(CRC序列開始或有一錯誤條件)4） 進行測量結(jié)點的硬件設(shè)計（基于AT89S51、SJA1000的CAN總線智能結(jié)點的總體設(shè)計）。SJA1000在電路中是一個總線接口芯片，通過它

10、實現(xiàn)上位機與現(xiàn)場微處理器之間的數(shù)據(jù)通信。該電路的主要功能是通過CAN接收來自上位機的數(shù)據(jù)進行分析組態(tài)然后就傳給下位機的控制電路實現(xiàn)控制功能，當(dāng)CAN總線接口收到下位機上傳的數(shù)據(jù)，SJA1000就產(chǎn)生一個中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機進行分析。AT89S51是CAN總線接口電路的核心，其承擔(dān)CAN控制器的初始化、CAN的收發(fā)控制等任務(wù)。1、 單片機AT89S51的選取：1) 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器；2）128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；3）32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；4）6個中斷源；5）2個16

11、位可編程定時器/計數(shù)器；6）2個全雙工串行通信口；7）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；8）全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；9）可編程串行通道；10) 低功耗的閑置和掉電模式。在設(shè)計電路時要注意：總線兩端必須接涼的終端匹配電阻；SJA1000的TX1引腳的電位必須維持在約0.5V上；將SJA1000的CLOCKOUT的時鐘信號接至AT89S51的時鐘電路輸入端。故其中的部分接線按以下說明來接：CAN總線控制器SJA1000 AD0AD7連接到AT89S51的P0口，片選段CS非連接到AT89S51的P2.7，P2.7為1時，CPU外存儲器可選中SJA1000，CPU通過這些地址就可對SJA1000執(zhí)行相應(yīng)

12、的讀/寫操作。SJA1000的RD非、WR非、ALE分別于單片機AT89S51對應(yīng)的引腳相連。由于SJA1000是低電平復(fù)位，單片機AT89S51是高電平復(fù)位，因此兩者的復(fù)位電路的設(shè)計也不同。SJA1000的11腳接高電平，選擇Intel的二分頻模式。16腳的中斷INT非接到單片機相應(yīng)的外部中斷0的輸入腳INT0非。5） 進行硬件設(shè)計，包括AT89S51編程，CAN通訊協(xié)議等（CAN結(jié)點初始化，報文發(fā)送和報文接收三部分的設(shè)計作一個描述）。1、串口初始化：1)、確定T1的工作方式(方式2：編程TMOD=0x20)。2)、計算T1的初值，裝載TH1，TL1(T1：0xFD)。3)、啟動T1(編程T

13、CON中的TR1位)。4)、確定串行口控制(編程SCON寄存器)；5)、在中斷方式工作時，要進行中斷設(shè)置(編程IE，IP寄存器)。2、程序1)、主程序(單片機)#include<reg52.h>Unsigned char has_r,rec_c;Void main()TMOD=0x20; /設(shè)T1工作方式位方式2TH1=0xFD; TL1=0xFD;TR1=1; /打開T1REN=1; /串口允許接收SM0=0; /設(shè)置方式1SM1=1;SM2=0;EA=1; /開串行總中斷ES=1; /開串行中斷While(1)if(has_r=1)ES=0; /關(guān)串行中斷has_r=0;SBU

14、F=rec_c;while(!TI)TI=0;ES=1;Void ser() interrupt 4 /接收中斷RI=0; /接收中斷標(biāo)志位清0Rec_c=SBUF;Has_r=1; /接收完成標(biāo)志2)、CAN控制器SJA1000的初始化程序MOV DPTR,#MODE ;模式寄存器MOV A,#09H ;進入復(fù)位模式，對SJA1000進行初始化MOV DPTR,AMOV DPTR,#CDR ;時鐘分頻寄存器MOV A,#88HMOVX DPTR,ANOV DPTR,#IFR ;中斷允許寄存器MOV A,#0DH ;開放發(fā)送中斷、溢出中斷MOVX DPTR,AMOV DPTR,#AMR ;驗收

15、屏蔽寄存器MOV R6,#4MOV R0,#DAMRAMRINI: MOV A,R0MOVX DPTR,A ;驗收屏蔽寄存器賦初值INC DPTRDJNZ R6,AMRINIMOV DPTR,#ACR ;驗收代碼寄存器MOV R6,#4MOV R0,#DACRACRINI: MOV A,R0MOVX DPTR,A ;驗收代碼寄存器賦初值INC DPTRDJNZ R6,ACRINIMOV DPTR,#BTR0 ;總線定時寄存器0MOV A,#03HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#BTR1 ;總線定時寄存器1MOV A,#0FFH ;設(shè)置波特率MOVX DPTR,AMOV DPTR,#0

16、CH ;輸出控制寄存器MOV A,#0AAHMOVX DPTR,AMOV A,#0 ;設(shè)置接收緩存器起始地址MOVX DPTR,AMOV DPTR,#TXERR ;發(fā)送錯誤計數(shù)寄存器MOV A,#0 ;清除發(fā)送錯誤計數(shù)寄存器MOVX DPTR,AMOV DPTR,#ECC ;錯誤代碼捕捉寄存器MOVX A,DPTR ;清除錯誤代碼捕捉寄存器MOV DPTR,#MODE ;模式寄存器MOV A,#08H ;設(shè)置單濾波接收方式，并返回MOVX DPTR,AREI3)、SJA1000發(fā)送程序Void CanSend (unsigned char * buf DATA; Unsigned char d

17、atalen) /Can設(shè)備發(fā)送函數(shù)unsigned int sja_addr;unsigned char j=0,temp;unsigned int n;sja_addr=SJA_EFF;SendBufInfo=datalen;WR_SJA(sja_addr.+; sendBufInfo)for(j=0, j<2, j+)WR_SJA(sja_addr+j,*(SendBufId+j);unsigned char sendBufId2=0x07,0x20 ; for(j=0, j<datalen, j+)WR_SJA(sja_addr+2+j,*(bufDATA+j); WR_S

18、JA(sja_CMR,0x03);for(n=0,n<m SendDelay,n+)temp=RD_SJA(SJA_SR);#define SJA_SR 2 if(temp 8c 0x08)=0x08)for (n=0,n<300,n+); break;Void WR_SJA(unsigned char sja_addr,unsigned char sja_date)ALE_CAN=1 /開啟地址鎖存允許將I/O口的地址鎖存P0=sja_addr;delay2 (3);ALE_CAN=0 /關(guān)閉地址鎖存，改為發(fā)送數(shù)據(jù)有效delay2 (1);CS_CAN=0;WR_CAN=0;P0=sja_dataDelay2 (4)WR_CAN=1; /恢復(fù)到操作前的狀態(tài)，避免影響單片機對SJA1000的該操作CS_CAN=1;ALE_CAN=0; 4)、SJA1000中斷接收程序Void can_rx_isr(void)interr