基于CAN总线大作业.docx
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基于CAN总线大作业
基于CAN总线的楼宇智能环境智能监测系统设计
某楼宇有多个房间（如下图所示），其中一个房间可作为集中监控室，每个房间都安装温度和湿度传感器，并通过CAN总线监测到的温度、湿度信号发送到监控室中的上位机PC用于随时监控各房间的环境状况。
1）介绍CAN总线网络层次结构。
CAN总线与简单总线逻辑不同，CAN是一种复杂逻辑的总线结构。
参照ISO/OSI标准模型，CAN分为数据链路层和物理层。
而数据链路层又包括逻辑链路子层LLCXLogicLinkControl）和媒体访问控制子层MACMediumAccessControl）。
CAN的通信参考模型如图一所示。
1.物理层
在物理层中定义实际信号的传输方法，包括位的编码和解码、位的定时和同步等内容，作用是定义不同节点之间根据电气属性如何进行位的实际传输。
在物理连接上，CAN总线结构提供两个引脚--CANH和CANL总线通过CANH和CANL之间的差分电压完成信号的位传输。
2.逻辑链路子层LLC
逻辑链路子层LLC的主要功能是，对总线上传输的报文实行接收滤波，判断总线上传输的报文是否与本节点有关，哪些报文应该为本节点接收；对报文的接收予以确认；为数据传送和远程数据请求提供服务；当丢失仲裁或被出错干扰时，逻辑链路子层具有自动重发的恢复管理功能等。
3.媒体访问控制子层MAC
MAC子层是CAN协议的核心。
它负责执行总线仲裁、报文成帧、出错检测、错误标定等传输控制规则。
逻辑链路子层LLC
接收滤波
超载通州
恢复管理
数据链路层
媒体访问控制层MAC
数据封装/拆装
帧编码（填充/解除填充）媒体访问管理错误检测出错标定
应答
串行化/解除串行化
物理层
位编码/解码位定时同步驱动器/接收器特性连接器
图一CAN的通信参考模型
2）介绍CAN总线通讯协议的报文格式。
根据CAN报文帧的不同用途，可以把CAN报文帧划分为以下4种类型，数据帧，远程帧，出错帧，超载帧。
1.数据帧
数据帧携带数据从发送器至接收器。
总线上传输的大多是这种帧，从标识符长度上，又可以把数据帧分为标准帧（11位标识符）和扩展帧（29位标识符）。
数据帧由7个不同的位场组成：
帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC
场、应答场、帧结束。
其中，数据场的长度为0~8个字节。
标识符位于仲裁场中，报文接收节点通过标识符进行报文滤波。
数据帧结构如图二所示。
侦间空阖I*数掲怔■］畅间空间
H丨丨丨I卩
11仲栽场|控制场|数据场|CRU场［恢结束
帧起始应答场
图二数据帧结构
2.远程帧
由总线上的节点发出，用于请求其他节点发送具有同一标识符的数据帧。
当某个节点需要数据时，可以发送远程帧请求另一节点发送相应数据帧。
与数据帧相比，远程帧没有数据场。
远程帧结构如图三所示。
桢结束
||仲裁场|控制场|CRC场11帧起始应答场
图三远程帧结构
3.出错帧
任何单元，一旦检测到总线错误就发出错误帧。
错误帧由两个不同的场
组成，第一个场是由不同站提供的错误标志的叠加（错误标志），第二个场是
错误界定符。
出错帧结构如图四所示。
敷据恢
帧间空间
虚过裁城
图四出错帧结构
4.超载帧
超载帧用于在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供附加延时。
超
载帧包括两个场：
超载标志和超载界定符。
超载帧结构如图五所示。
数据帧一蜡溟帧
恢间空间
图五超载帧结构
3）在总线上传输的报文以帧结构进行传输，与CAN总线传输相
关的关键技术术是什么？
实现过程是什么？
答：
在CAN系统中为保证报文传输的正确性，需要对通信过程进行差错控制。
目前常用的方法是反馈重发，即一旦收到接收端发出的出错信息，发送端便自动重发，此时的差错控制只需要检错功能。
常用的检错码有两类：
奇偶校验码和循环冗余校验码。
奇偶校验码是一种最常见的检错码，其实现方法简单，但检错能力较差；循环冗余校验码的编码也很简单且误判率低，所以在通信系统中获得了广泛的应用。
下面介绍CAN网络中循环冗余校验码（即CRC码）的原理和实现方法。
1、CRC码检错的工作原理
CRC码检错是将被处理报文的比特序列当作一个二进制多项式A（X）的
系数，该系数除以发送方和接收方预先约定好的生成多项式g（X）后，将求
得的余数p（X）作为CRC校验码附加到原始的报文上，并一起发给接收方。
接收方用同样的g（X）去除收到的报文B（X），如果余数等于p（X），则传输无误（此时A（X）和B（X）相同）；否则传输过程中出错，由发送端重发，重新开始CRC校验，直到无误为止。
上述校验过程中有几点需注意：
①在进行CRC计算时，采用二进制（模
2）运算法，即加法不进位，减法不借位，其本质就是两个操作数进行逻辑异或运算；②在进行CRC计算前先将发送报文所表示的多项式A（X）乘以Xn，其中n为生成多项式g（X）的最高幕值。
对二进制乘法来讲，A（X）•Xn就是将A（X）左移n位，用来存放余数（X），所以实际发送的报文就变为A（X）•xn+p（X）；③生成多项式g（x）的首位和最后一位的系数必须为1。
目前已经有多种生成多项式被列入国际标准中，如：
CRC-4、CRC-12、
CRC-16CCITT-16、CRC-32等。
CAN总线中采用的生成多项式为g（X）=X15+X14+X10+X8+X7+x4+X3+1。
可以看出，CAN总线中的CRC校验采用的多项式能够校验七级，比一般CRC校验（CRC-4CRC-12CRC-16等）的级数（二〜五级）要高许多，因而它的检错能力很强，误判率极低，成为提高数据传输质量的有效检错手段。
2、CRC序列计算方法
多项式g（X）除法的余数就是发送到总线上的CRC序列。
为了实现这个
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，那么从帧的起始到数据末尾都由没有填充的位顺序给定。
CRC序列的计算如下：
CRC_RG=0;//初始化移位寄存器
REPEAT
CRCNXT=NXTBITEXORCRC_RG（14）;//异或运算
CRC_RG（14:
1）=CRC_RG（13:
0）;//寄存器左移1位CRC_RG（0）=0;
IFCRCNXTTHEN
CRC_RG（14:
0）==CRC_RG（14:
0）EXOR（H）
ENDIF
UNTIL（CRC序列开始或有一错误条件）
4）进行测量结点的硬件设计（基于AT89S51SJA1000的CAN总
线智能结点的总体设计）。
SJA1000在电路中是一个总线接口芯片，通过它实现上位机与现场微处理器之间的数据通信。
该电路的主要功能是通过CAN接收来自上位机的数据
进行分析组态然后就传给下位机的控制电路实现控制功能，当CAN总线接口
收到下位机上传的数据，SJA1000就产生一个中断，弓I发微处理器产生中断，
通过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析。
AT89S51是CAN总线接口电路的核心，其承担CAN控制器的初始化、CAN的收发控制等任务。
1、单片机AT89S51的选取：
1）4kBytesFlash片内程序存储器；
2）128bytes的随机存取数据存储器（RAM；
3）32个外部双向输入/输出（I/O）口；
4）6个中断源；
5）2个16位可编程定时器/计数器；
6）2个全双工串行通信口；
7）片内振荡器和时钟电路；
8）全静态工作：
0Hz-33MHz
9）可编程串行通道；
10）低功耗的闲置和掉电模式。
在设计电路时要注意：
①总线两端必须接凉的终端匹配电阻；②SJA1000的TX1引脚的电位必须维持在约0.5V上；③将SJA1000的CLOCKOC的时钟信号接至AT89S51的时钟电路输入端。
故其中的部分接线按以下说明来接：
CAN总线控制器SJA1000AD0~AD连接到AT89S51的P0口，片选段CS非连接到AT89S51的P2.7,P2.7为1时，CPL外存储器可选中SJA1OO0CPU通过这些地址就可对SJA1000执行相应的读/写操作。
SJA1000的RD非、WR非、ALE分别于单片机AT89S51对应的引脚相连。
由于SJA1000是低电平复位，单片机AT89S51是高电平复位，因此两者的复位电路的设计也不同。
SJA1000的11脚接高电平，选择Intel的二分频模式。
16脚的中断INT非接到单片机相应的外部中断0的输入脚INT0非。
5）进行硬件设计，包括AT89S51编程，CAN!
讯协议等（CAN吉
点初始化，报文发送和报文接收三部分的设计作一个描述）。
1、串口初始化：
1）、确定T1的工作方式（方式2：
编程TMOD=0x20。
）
2）、计算T1的初值，装载TH1，TL1（T1：
0xFD）。
3）、启动T1（编程TCON中的TR1位）。
4）、确定串行口控制（编程SCON寄存器）；
5）、在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE，IP寄存器）。
2、程序
1）、主程序（单片机）
#include
Unsignedcharhas_r,rec_c;
Voidmain（）
{
TMOD=0x20;//设T1工作方式位方式2
TH1=0xFD;
TL1=0xFD;
TR1=1;//打开T1
REN=1;//串口允许接收
SM0=0;//设置方式1
SM1=1;
SM2=0;
EA=1;//开串行总中断
ES=1;//开串行中断
While
（1）
{if（has_r==1）
ES=0;//关串行中断
has_r=0;
SBUF=rec_c;
while（!
TI）
TI=0;
ES=1;
}
}
Voidser（）interrupt4//接收中断
{
RI=0;//接收中断标志位清0
Rec_c=SBUF;
Has_r=1;//接收完成标志
}
2）、CAN空制器SJA1000的初始化程序
MOVDPTR,#MODE;模式寄存器
MOVA,#09H;进入复位模式，对SJA1000进行初始化
MOV@DPTR,A
MOVDPTR,#CDR;时钟分频寄存器
MOVA,#88H
MOVX@DPTR,A
NOVDPTR,#IFR;中断允许寄存器
MOVA,#0DH;开放发送中断、溢出中断
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#AMRMOVR6,#4MOVR0,#DAMRAMRINI:
MOVA,@R0
MOVX@DPTR,AINCDPTR
DJNZR6,AMRINIMOVDPTR,#ACRMOVR6,#4MOVR0,#DACRACRINI:
MOVA,@R0
MOVX@DPTR,AINCDPTR
;验收屏蔽寄存器
;验收屏蔽寄存器赋初值
;验收代码寄存器
;验收代码寄存器赋初值
;总线定时寄存器0
;总线定时寄存器1设置波特率
输出控制寄存器
设置接收缓存器起始地址
;发送错误计数寄存器清除发送错误计数寄存器
;错误代码捕捉寄存器
DJNZR6,ACRINIMOVDPTR,#BTR0MOVA,#03HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#BTR1MOVA,#0FFH;MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0CHMOVA,#0AAHMOVX@DPTR,AMOVA,#0;MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#TXERRMOVA,#0;MOVX@DPTR,AMOVDPTR,#ECC
MOVXA,@DPTR;清除错误代码捕捉寄存器
MOVDPTR,#MODE;模式寄存器
MOVA,#08H;设置单滤波接收方式，并返回
MOVX@DPTR,A
REI
3）、SJA1000发送程序
VoidCanSend（unsignedchar*bufDATA;Unsignedchardatalen）//Can设备发送函数
{unsignedintsja_addr;
unsignedcharj=0,temp;
unsignedintn;
sja_addr=SJA_EFF;
SendBufInfo=datalen;
WR_SJA（sja_addr.++;sendBufInfo）
{
for（j=0,j<2,j++）
WR_SJA（sja_addr+j,*（SendBufId+j））;
unsignedcharsendBufId[2]={0x07,0x20};
for（j=0,jWR_SJA（sja_addr+2+j,*（bufDATA+j））;
WR_SJA（sja_CMR,0x03）;
for（n=0,n{
temp=RD_SJA（SJA_SR）;
#defineSJA_SR2
if（（temp8c0x08）==0x08）
{
for（n=0,n<300,n++）;
break;
}
}
}
}
VoidWR_SJA（unsignedcharsja_addr,unsignedcharsja_date）
{
ALE_CAN=1//开启地址锁存允许将I/O口的地址锁存
P0=sja_addr;
delay2（3）;
ALE_CAN=0//关闭地址锁存，改为发送数据有效
delay2
（1）;
CS_CAN=0;
WR_CAN=0;
P0=sja_data
Delay2（4）
WR_CAN=1/恢复到操作前的状态，避免影响单片机对SJA1000的该操作
CS_CAN=1;
ALE_CAN=0;
}
4）、SJA1000中断接收程序
Voidcan_rx_isr（void）interrupt0〃功能SJA1000接收中断函数
{
unsignedchark=0;
unsignedcharsja_addr;
EA=0;
if（（RD_SJA（SJA_IR）8c0x01）==0x01）
sja_addr=SJA_EFF
{
if（canRxAddr==MaxLen.Can.RxBuf）//unsigendintMaxLenCanRxBuf=440
CanRxBuf=0;
for（k=0;k<11;k++）
{
CanRxBuf[CanRxAdd+k]=RD_SJA（sja_addr）;sja_addr++;
}
WR_SJA（SJA_CMR,0x04）;
CanRxAddr+=11;
CanRxcompdateflag+=1
}
EA=1;
}
unsignedcharRD_SJA（unsignedcharSJA_addr）//读地址为SJA_addr的寄存器中的数据，通过ALERDCS配合完成
{
unsignedcharSJA.date;
ALE_CAN=；1//置高开启地址锁存允许将I/O口的数据锁存P0=SJA_addr;delay2（3）；
ALE_CAN=0;
delay2
（1）;
CS_CAN=0;//使能片选P1=0xff;//I/O口初始化
RD_CAN=0;//使能读有效
delay2（4）;
SJA_date=P0;
RD_CAN=1;
CS_CAN=1;
ALE_CAN=；1
ReturnSJA_data;}
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