CAN現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)原理和應(yīng)用設(shè)計(jì)

1、2.基于CAM總線的計(jì)算機(jī)挫制於嶷基于CAN的計(jì)算機(jī)控制癢統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖.6.該系統(tǒng)是由柯能按打印機(jī)口槪決紐成倒智能分布式素統(tǒng).I工挖機(jī)_=EFP摟口LCAN總純CAK總姚AU模塊甬執(zhí)行棒正反轉(zhuǎn)熱電偶測(cè)量値一,#吉測(cè)數(shù)據(jù)S5路層樹(shù)理層圖丸工匚4阿的井屣皓構(gòu)利功龍枚障界宼(MAC-LME)拭觀敵障管理(PLS-LME)PLS怕塢碼/埔碼位定時(shí)LLC搖收槪披fflJ.fi”干4N品藝的計(jì)尊啊控制摳統(tǒng)結(jié)恂啟帝陽(yáng)1、CAN結(jié)構(gòu)分為3層:應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。數(shù)據(jù)鏈路層又分為:邏輯鏈路層(LogicLinkControl,LLC)和媒體訪問(wèn)控制層(MediumAccessControl,MAC)

2、。邏輯鏈路層的主要功能是：為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，確認(rèn)由LLC子層接收的報(bào)文實(shí)際已被接收,并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。在定義目標(biāo)處理時(shí),存在許多靈活性。媒體訪問(wèn)控制層的功能主要是定義傳送規(guī)則，亦即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。MAC子層也要確定為開(kāi)始一次新的發(fā)送，總線是否開(kāi)放或者是否馬上監(jiān)控器數(shù)據(jù)封劉拆耐轉(zhuǎn)編碼(填充/解除填充)媒體訪問(wèn)管理錯(cuò)渥榆劇出錯(cuò)標(biāo)電串打化/解除串行憂開(kāi)始接收。2、CAN總線是串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性特點(diǎn)。(1)、以多主方式工作網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信方式靈活，而且無(wú)需

3、占地址等信息；（2）、CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分不同的優(yōu)先級(jí)，滿足不同的實(shí)時(shí)要求；（3）、當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)；（4）、CAN只需要通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的調(diào)度；（5）、CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路；（6）、采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有良好的檢錯(cuò)效果。每幀信息都有CRC校驗(yàn)和其他檢錯(cuò)措施；（7）、CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能；（8）、CAN的時(shí)間延時(shí)是不確定的，只有具有最高優(yōu)先權(quán)的幀延時(shí)是確定的。3、（1）報(bào)文

4、，總線上的信息以不同固定格式的報(bào)文發(fā)送，長(zhǎng)度有限制，當(dāng)總線開(kāi)放時(shí)，任何連接的單元均可以開(kāi)始發(fā)送一個(gè)新報(bào)文；（2）節(jié)點(diǎn)可以在不要求所有節(jié)點(diǎn)積其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖陀布那闆r下，接入CAN網(wǎng)絡(luò)；（3）在CAN網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文可以確保被所有節(jié)點(diǎn)或者指定節(jié)點(diǎn)接收；（4）CAN節(jié)點(diǎn)能識(shí)別永久性故障和短暫擾動(dòng)，可以自動(dòng)關(guān)閉故障節(jié)點(diǎn)；（5）有錯(cuò)誤檢測(cè)功能，措施包括發(fā)送自檢、循環(huán)冗余校驗(yàn)、位填充和報(bào)文格式檢查；（6）非歸零碼即未流中每位的邏輯電平在整個(gè)位時(shí)間內(nèi)保持不變，或者隱性電平或者顯性電平。相應(yīng)的曼徹斯特方式要求在每一位中用上升沿或下降沿來(lái)表示0或1,因此通信頻率要更高一些；（7）CAN中總線數(shù)值取顯性電平或隱

5、性電平，顯性電平表示邏輯0，隱性電平表示邏輯1。4、基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁，幀的優(yōu)先權(quán)由幀的ID決定?？偩€上0代表顯性電平，1代表隱性電平。總線空閑呈現(xiàn)隱性電平，這是任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送一個(gè)顯性電平作為一幀的開(kāi)始。如果有兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始發(fā)送，即產(chǎn)生總線競(jìng)爭(zhēng)oCAN總線解決競(jìng)爭(zhēng)的方法是對(duì)標(biāo)識(shí)符按位進(jìn)行仲裁。各發(fā)送節(jié)點(diǎn)一面向總線發(fā)送電平，一面與回收總線電平進(jìn)行比較，電平相同繼續(xù)發(fā)送下一位，電平不同則不再發(fā)送，退出總線競(jìng)爭(zhēng)。所謂的電平不一致一定是發(fā)生在發(fā)隱性電平而收到顯性電平之時(shí)，它說(shuō)明總線上尚存在發(fā)顯性電平的節(jié)點(diǎn)，這樣的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)在支配總線，而自己因發(fā)隱性電平而退讓。同時(shí)發(fā)顯性電平的節(jié)點(diǎn)可能不

6、止一個(gè)，它們繼續(xù)向下按位仲裁，可見(jiàn)最高優(yōu)先級(jí)的標(biāo)識(shí)符應(yīng)全是顯性電平。也就是說(shuō)CAN總線中哪個(gè)發(fā)送元件的優(yōu)先級(jí)高是由發(fā)送的數(shù)據(jù)決定的，發(fā)送數(shù)據(jù)中0的位置和數(shù)目決定了它的優(yōu)先級(jí)。5、幀類(lèi)型和幀格式：構(gòu)成一幀的幀啟始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位域采用固定格式，不進(jìn)行填充。出錯(cuò)幀和超載幀同樣是固定格式，也不進(jìn)行位填充。4種幀類(lèi)型：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠(yuǎn)程幀通過(guò)總線單元發(fā)送，以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀；錯(cuò)誤幀由檢測(cè)處錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送；超載

7、幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。6、數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳送至接收器。數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位域組成：幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應(yīng)答域和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度可為零。*忡裁域.1.捋制域h1數(shù)據(jù)域f1JACKTNT總繞空闌域SOFlibitttElsrnFIERRTRIDE08Bytes15bitCRC2也I】位1113B8=6415位2位7位2也共10砸圈2/標(biāo)準(zhǔn)散據(jù)幀格式幀起始只有總線處于空閑狀態(tài)時(shí)才允許開(kāi)始發(fā)送；數(shù)據(jù)幀理論上最多傳送的位數(shù)是109位，但是規(guī)定連發(fā)5個(gè)1要補(bǔ)1個(gè)0，連發(fā)5個(gè)0時(shí)要補(bǔ)1個(gè)1，因此實(shí)際發(fā)送時(shí)一般比109位要多幾位。數(shù)據(jù)域由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成

8、。它可以為08字節(jié)，每個(gè)字節(jié)包含8位。7、遠(yuǎn)程幀，某節(jié)點(diǎn)希望獲得總線上另外某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)時(shí)，需要發(fā)出遠(yuǎn)程幀進(jìn)行請(qǐng)求。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同的位域組成：幀起始、仲裁域、控制域、CRC域、應(yīng)答域和幀結(jié)束。8、出錯(cuò)幀，報(bào)文傳輸過(guò)程中，任一節(jié)點(diǎn)檢測(cè)出錯(cuò)誤即于下一位開(kāi)始發(fā)送錯(cuò)誤幀，通知發(fā)送端終止發(fā)送。出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同域組成:第一個(gè)域由來(lái)自各站點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加得到，后隨的第二個(gè)域是出錯(cuò)界定符。9、多主和多節(jié)點(diǎn)接收：CAN傳輸協(xié)議中標(biāo)識(shí)符及報(bào)文中不包括與總線結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)，如接收站地址等，所以總線中各個(gè)非發(fā)送節(jié)點(diǎn)，包括欲發(fā)送而被迫退讓的節(jié)點(diǎn)都可接收。各接收站根據(jù)標(biāo)識(shí)符的性質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，決定是否將報(bào)文拆幀取用。f臨

9、、AMUX僅C8051F曲門(mén)M機(jī)器為畫(huà)大電壓比較器定詩(shī)器0童時(shí)器L正時(shí)器2攔時(shí)0定時(shí)暮4CANPCAUARTISMBus即1為線交叉開(kāi)關(guān)端口端口62端口。舞口粉2?？贘801CPU(25MIPS)開(kāi)KB少KBISPFtajh4352BSRAMJTAG20片中#ias調(diào)試電聒時(shí)鐘電路運(yùn)抒電尉rft速嗷控制器內(nèi)檢3XIC90MFW結(jié)構(gòu)框團(tuán)MCU系統(tǒng)控制器內(nèi)核是CIP-51微控制器，CIP-51系統(tǒng)控制器的指令集與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51TM指令集完全兼容，所有的CIP-51指令在二進(jìn)制碼和功能上與MSC-51產(chǎn)品完全等價(jià)，包括操作碼、尋址方式和對(duì)PSW標(biāo)志的影響。10、存儲(chǔ)器組織，CIP-51中有兩個(gè)獨(dú)立

10、的存儲(chǔ)器空間：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共享同一個(gè)地址空間，但用不同的指令類(lèi)型訪問(wèn)。11、C8051F040、060系列片內(nèi)有CAN控制器，CAN控制器進(jìn)行總線通信是由片內(nèi)硬件和部分用戶應(yīng)用軟件共同完成的。12、中繼器是CAN總線系統(tǒng)組網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)配，可以將同一層的兩段網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)；也可以實(shí)現(xiàn)上、下兩層的不同總線互聯(lián)，起到網(wǎng)橋和網(wǎng)管（gateway）的作用。線路中繼：GAN總線中繼器只是將通過(guò)的電信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)；網(wǎng)絡(luò)中繼：除了可以增加通信距離外，還能增加CAN總線所允許的節(jié)點(diǎn)掛接數(shù)，此中繼器兩端的線路可以是不同層次的同一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也可以是兩種完全不同的兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。13、CA

11、N總線通常使用雙絞線通信，信號(hào)為差分信號(hào)，兩條信號(hào)線分別為CAN_H和CAN_L,靜態(tài)時(shí)均為2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯1,稱(chēng)為隱性；用CAN_H比CAN_L高表示邏輯0稱(chēng)為顯性。14、標(biāo)準(zhǔn)CAN的標(biāo)志符長(zhǎng)度是11位，而擴(kuò)展格式CAN的標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度可達(dá)29位。CAN控制器用于將欲收發(fā)的信息（報(bào)文）轉(zhuǎn)換為符合CAN規(guī)范的CAN幀，通過(guò)CAN收發(fā)器在CAN總線上交換信息。15、CAN核心模塊：是一個(gè)串并轉(zhuǎn)換模塊，接收?qǐng)?bào)文時(shí)串行轉(zhuǎn)并行，發(fā)送時(shí)并行轉(zhuǎn)串行。驗(yàn)=CAN收炭錯(cuò)表1-3CAN控制器分類(lèi)及相應(yīng)產(chǎn)品埜號(hào)類(lèi)別產(chǎn)品半例獨(dú)立UAK控制聘NXP半導(dǎo)怵的SJF100UCCT.SJA1000.SJA100

12、0T集嘆CAN控制器的單片機(jī)NXP半導(dǎo)悼的劉1等CAN控帑胖的ARM芯片NXP半導(dǎo)體的LPC1ICsx列徴控制舉*T】半導(dǎo)體駄兇曲冰群星系列ARM的53000,S5Ct0.S8OO0,SSOOO系列收濾波器：可以根據(jù)用戶的編程設(shè)置，過(guò)濾掉無(wú)須接收的報(bào)文。1-4CAN收扯桶分塢及相應(yīng)產(chǎn)晶CAM收友劈份類(lèi)瞄述擁應(yīng)產(chǎn)冊(cè)尿離CAN收覽爵的主盟功駆尼將CAN控制搭的.逑輯庖罕轉(zhuǎn)喚時(shí)貯AM骯級(jí)的搭井電井且具#TV5管陸.總維過(guò)圧功龍C1Ml050乗列、CTME辭0索貳、CTMB25I系到通用CAN咆疑器-MXP半與休的PCAa2C?5DhFCAEZCZ51高遽CAN收捉養(yǎng)支持鞍高的CAN逛信運(yùn)宰NXF半護(hù)怵的T.lA1050.TJA104&、TJAJD+l/JUiA磔鉗GAN收陵器莊歸找出観感播感短務(wù)常況廠客譜性CAN收宗為權(quán)燃呵且維持運(yùn)肓*這類(lèi)收岌器對(duì)于卷扇岀玦戰(zhàn)盛的鎖城，具右至夷革蜃的慮理NXF半導(dǎo)休的TJA1D54.TJ.A1O54A.TJA1O55.TJA105S/S16、1Byte（字節(jié)）=8bits（位）1