CANBUS及CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)課件

1、表4-51 CAN BUS器件 制造商產(chǎn)品型號(hào)功 能 特 點(diǎn)PHILIPSSJA1000CAN通信控制器，符合CAN 2.0B協(xié)議P87C59180C51微控制器+CAN 2.0B通信控制器+10位A/D+PWMC59280C51微控制器+CAN 2.0A通信控制器+10位A/D+PWMP82C150帶有數(shù)字/模擬輸入輸出功能的CAN器件，可用于傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，符合CAN 2.0A協(xié)議PCA82C250CAN收發(fā)器PCA82C251CAN收發(fā)器TJA1050/TJA1040高速CAN收發(fā)器，兼容并可替代PCA82C250/251INTEL87C196CA/CB82527集成CAN 2.0A/

2、CAN 2.0B的16位微控制器，CAN通信控制器，符合CAN 2.0B協(xié)議+兩個(gè)8位雙向I/O端口MICROCHIPPIC18F248PIC18F258PIC18F448PIC18F4588位微控制器+CAN2.0B通信控制器+16KB/32KB Flash程序存儲(chǔ)器+768B/1536B SRAM+256B E2PROM+I/O+A/D+SPI+I2C+UARTMOTOROLAMC68HC908AZ60A8位微控制器+MSCAN控制器+6KB Flash程序存儲(chǔ)器+2KB SRAM+1KB E2PROM+SCI/SPI串行接口+A/D+PWM+定時(shí)器+52根I/O線NEC72005CAN通

3、信控制器，符合CAN 2.0A/2.0B協(xié)議Siemens81C90/91C167CCAN通信控制器，符合CAN 2.0A通信控制器微控制器+CAN 2.0A/2.0B通信控制器第1頁(yè)，共45頁(yè)。4.3.2 CAN總線驅(qū)動(dòng)器1PCA82C250/251PCA82C250/251收發(fā)器是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，可以在汽車和一般的工業(yè)應(yīng)用上使用。PCA82C250/251收發(fā)器的主要特點(diǎn)如下：第2頁(yè)，共45頁(yè)。完全符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)。高速率（最高達(dá)1Mbps）。具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾，保護(hù)總線能力。斜率控制，降低

4、射頻干擾（RFI）。差分收發(fā)器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾（EMI）。熱保護(hù)。防止電源和地之間發(fā)生短路。低電流待機(jī)模式。未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響?？蛇B接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。工作溫度范圍：40+125。第3頁(yè)，共45頁(yè)。 圖429 PCA82C250/251引腳圖PCA82C250/251為8引腳DIP和SO兩種封裝，引腳如圖4-29所示。第4頁(yè)，共45頁(yè)。引腳介紹如下：TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)輸入。GND：地。Vcc： 電源電壓4.5V5.5V。RXD：接收數(shù)據(jù)輸出。Vref： 參考電壓輸出。CANL：低電平CAN電壓輸入/輸出。CANH：高電平CAN電壓輸入/輸出。Rs：斜率電阻輸入。第5頁(yè)，共45頁(yè)

5、。 圖430 PCA82C250/251應(yīng)用電路 （3）應(yīng)用電路PCA82C250/251收發(fā)器的典型應(yīng)用如圖4-30所示。第6頁(yè)，共45頁(yè)。2TJA1050TJA1050是Philips公司生產(chǎn)的、用以替代PCA82C250的高速CAN總線收發(fā)器。該器件提供了CAN控制器與物理總線之間的接口以及對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。TJA1050除了具有PCA82C250的主要特性以外，在某些方面的性能還作了很大的改善。第7頁(yè)，共45頁(yè)。4.4 CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)4.4.1 硬件電路設(shè)計(jì) 采用AT89S52單片微控制器、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250及復(fù)位

6、電路IMP708的CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電路如圖4-41所示。第8頁(yè)，共45頁(yè)。 圖441 CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電路第9頁(yè)，共45頁(yè)。在圖4-41中，IMP708具有兩個(gè)復(fù)位輸出RESET和/RESET ，分別接至AT89S52單片微控制器和SJA1000 CAN通信控制器。當(dāng)按下按鍵S時(shí)，為手動(dòng)復(fù)位。第10頁(yè)，共45頁(yè)。4.4.2 BasicCAN程序設(shè)計(jì)CAN應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)主要分為三部分：初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程序。1. CAN初始化程序程序流程圖。CAN初始化子程序流程圖如圖4-42所示。第11頁(yè)，共45頁(yè)。 圖442 CAN初始化子程序流程圖 第12頁(yè)，共45頁(yè)。程序清單。CAN初始化

7、子程序清單如下：入口條件：將本節(jié)點(diǎn)號(hào)存入NODE單元。波特率控制字存入NBTR0和NBTR1單元。出口：無(wú)第13頁(yè)，共45頁(yè)。 第14頁(yè)，共45頁(yè)。CAN任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離與其通信波特率有關(guān)，當(dāng)采用Philips公司的SJA1000 CAN通信控制器時(shí)，并假設(shè)晶振頻率為16MHz，通信距離與通信波特率關(guān)系如表4-60所示。 第15頁(yè)，共45頁(yè)。表4-60 通信距離與通信波特率關(guān)系表 位 速 率最大總線長(zhǎng)度總 線 定 時(shí)BTR0BTR11Mbps40m00H14H500kbps130m00H1CH250kbps270m01H1CH125kbps530m03H1CH100kbps620m4

8、3H2FH50kbps1.3km47H2FH20kbps3.3km53H2FH10kbps6.7km67H2FH5kbps10km7FH7FH第16頁(yè)，共45頁(yè)。2. CAN接收子程序程序流程圖。CAN接收子程序流程圖如圖4-43所示。圖443 CAN接收子程序流程圖 第17頁(yè)，共45頁(yè)。程序清單。CAN接收子程序清單如下：入口條件：無(wú)。出口：接收的描述符、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及數(shù)據(jù)放在RXBF開始的緩沖區(qū)中。第18頁(yè)，共45頁(yè)。第19頁(yè)，共45頁(yè)。3. CAN發(fā)送子程序程序流程圖。CAN發(fā)送子程序流程圖如圖4-44所示。圖444 CAN發(fā)送子程序流程圖第20頁(yè)，共45頁(yè)。 程序清單。CAN發(fā)送子程序清單

9、如下：入口條件：將要發(fā)送的描述符存入TXBF；將要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度存入TXBF+1；將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存入TXBF+2開始的單元。出口：無(wú)。第21頁(yè)，共45頁(yè)。 第22頁(yè)，共45頁(yè)。4.5 基于PCI總線的CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器的設(shè)計(jì)4.5.1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-45所示。第23頁(yè)，共45頁(yè)。圖445 基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 第24頁(yè)，共45頁(yè)。4.5.2 PCI總線概述PCI總線的英文全稱為：Peripheral Component Interconnect Spercial Interest Group,簡(jiǎn)稱PC

10、ISIG，即外設(shè)部件互連。PCI總線是由Intel公司提出的。對(duì)PCI擴(kuò)展卡及元件，能夠自動(dòng)配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用；處理器獨(dú)立，不依賴任何CPU，支持多種處理器及將來(lái)待開發(fā)的更高性能處理器；支持64位地址；多主控制允許任何PCI 主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)訪問；PCI提供數(shù)據(jù)和地址的奇偶校驗(yàn)功能，保證了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)的PCI總線示意圖如圖4-46所示。第25頁(yè)，共45頁(yè)。 圖446 計(jì)算機(jī)的PCI總線示意圖 第26頁(yè)，共45頁(yè)。4.5.3 PCI控制器CY7C09449PVCY7C09449PV是Cypress公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體PCI-DP 系列的PCI接口控制器之一，它提供了

11、可與多種常用的微處理器直接連接的PCI主/從接口，一個(gè)128Kbit的雙端口SRAM用作局部微處理器和PCI總線間的共享存儲(chǔ)器。CY7C09449PV給設(shè)計(jì)者提供了一種將應(yīng)用連接到PCI總線的簡(jiǎn)單方法。它同時(shí)提供一個(gè)I2O消息單元，具有消息隊(duì)列和中斷能力。第27頁(yè)，共45頁(yè)。CY7C09449PV控制器的主要特點(diǎn)為：具有128Kbit的雙端口共享存儲(chǔ)器；可以作為主設(shè)備和從設(shè)備接口使用，符合PCI 2.2規(guī)范；內(nèi)置主橋能力；可以直接與多種微處理器接口；具有I2O （Intelligent Input & Output的縮寫）信息傳送單元，包括4個(gè)深度為32的FIFO；它的局部總線時(shí)鐘頻率最高可達(dá)

12、50MHz；采用單一3.3V電源供電，與3V和5V的PCI總線信號(hào)兼容。第28頁(yè)，共45頁(yè)。4.5.4 CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器的設(shè)計(jì)1系統(tǒng)功能CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器主要是用來(lái)承擔(dān)上位計(jì)算機(jī)和CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)等下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互任務(wù)的。2硬件結(jié)構(gòu)和工作過程基于PCI總線的CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器硬件結(jié)構(gòu)如圖4-49所示。第29頁(yè)，共45頁(yè)。圖449 CAN智能網(wǎng)絡(luò)通信適配器硬件結(jié)構(gòu)圖 第30頁(yè)，共45頁(yè)。3. CAN數(shù)據(jù)包格式CAN通信數(shù)據(jù)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀最多發(fā)送8個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量超過8個(gè)字節(jié)有效數(shù)據(jù)時(shí)，給用戶編程帶來(lái)了一定的困難。為此，定義了如圖4-50所示的CAN

13、的數(shù)據(jù)包格式。第31頁(yè)，共45頁(yè)。 a) b) 圖450 發(fā)送數(shù)據(jù)包和接收數(shù)據(jù)包格式a) 發(fā)送數(shù)據(jù)包格式 b) 接收數(shù)據(jù)包格式 第32頁(yè)，共45頁(yè)。與上述定義的數(shù)據(jù)包格式相對(duì)應(yīng)，CAN的多幀數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)如圖4-51所示。圖451 CAN多幀數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)圖第33頁(yè)，共45頁(yè)。4設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序WDM的開發(fā)Windows操作系統(tǒng)（Windows98，Windows2000）為了保證系統(tǒng)的安全性，穩(wěn)定性和可移植性，對(duì)底層操作采取了屏蔽的策略，對(duì)應(yīng)用程序訪問硬件資源進(jìn)行了限制。上層的應(yīng)用程序無(wú)權(quán)直接訪問硬件資源，需要通過編制的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（WDM）實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源、外圍設(shè)備（如PCI設(shè)備）的控制，如獲取

14、PCI資源配置情況，把分配的物理地址映射到線性地址以及對(duì)局部總線工作方式的控制等。第34頁(yè)，共45頁(yè)。WDM（Win32 Driver Model）作為Windows的最新一代驅(qū)動(dòng)程序模型，其運(yùn)行平臺(tái)是Windows 98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)，運(yùn)行在系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)。開發(fā)WDM的方式有兩種：選用DDK開發(fā)和選用第三方軟件工具開發(fā)。本系統(tǒng)開發(fā)選用NuMega公司提供的DriverWorks軟件。第35頁(yè)，共45頁(yè)。4.6 CAN智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)4.6.1 CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的一般結(jié)構(gòu)在基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的SCADA系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)測(cè)控的智能節(jié)點(diǎn)。CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)

15、如圖4-64所示。第36頁(yè)，共45頁(yè)。 圖464 CAN智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖下面以FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入模塊為例介 紹智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。第37頁(yè)，共45頁(yè)。4.6.2 FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 1硬件結(jié)構(gòu)FBCAN-8DI八路數(shù)字量輸入智能節(jié)點(diǎn)的硬件框圖如圖4-65所示。第38頁(yè)，共45頁(yè)。圖465 FBCAN8DI智能節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)框圖第39頁(yè)，共45頁(yè)。在該智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，設(shè)定開關(guān)的口地址為7FFFH，SJA1000的地址為BF00H，讀取數(shù)字量的口地址為DFFFH。2數(shù)字量輸入電路數(shù)字量輸入電路如圖4-66所示。 第40頁(yè)，共45頁(yè)。圖466 數(shù)字量輸入電路 第41頁(yè)，共45頁(yè)。當(dāng)跳線器JP1的1-2短路，跳線器JP2的1-2斷開、2-3短路時(shí)，輸入端DI+和DI可以接一干接點(diǎn)信號(hào)。當(dāng)跳線器JP1的1-2斷開，跳線器JP2的1-2短路、2-3斷開時(shí)，輸入端DI+和DI可以接有源接點(diǎn)。在圖4-66中，開關(guān)量輸入端所用電源為+24V，也可以是+15V或+5V電源，只需改變電阻R1的阻值即可。第42頁(yè)，共45頁(yè)。3DC/DC電源電路在智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，供電電源一般為+24V，而智能節(jié)點(diǎn)內(nèi)部通常需要+5V或其它電源（如放大器、A/D、D/A等器件所需電源），因此需要將+24V電源進(jìn)行DC/DC變換，產(chǎn)生所需電源，圖4-67為將