现场总线.docx

1、现场总线（1）CAN协议结构CAN协议结构划分为两层：数据链路层和物理层。物理层物理层分为物理信号子层（PLS）、物理介质连接（PMA）、介质相关接口（MDI）三个部分，规定了通讯时使用的电缆、连接器等的媒体、电气信号规格等，以实现设备间的信号传送，定义了信号实际的发送方式、位时序、位的编码方式及同步的步骤。物理信号子层（PLS）根据“不归零”NRZ方式对信号实现编码/解码、定时和同步的功能，物理介质连接（PMA）实现总线发送/接收的功能电路并提供总线故障检测方法，介质相关接口（MDI）实现物理介质与媒体访问单元之间的机械和电气接口。数据链路层数据链路层将物理层收到的信号组成有意义的数据，提供

2、传输错误控制等数据传输控制流程，由逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）组成。逻辑链路控制子层LLC的功能包括验收滤波、过载通知、恢复管理；介质访问控制子层（MAC）的功能主要是传送规则，即控制帧结构，执行仲裁、错误检测、出错标定和故障鉴定，如图3-1所示，是CAN协议的核心部分。如果总线上有两个或两个以上的节点同时开始传送报文，就会产生总线访问冲突，解决总线访问冲突的方法就是使用标识符的位仲裁。总线上的电平分为显性电平（D）和隐性电平（d）如图3-2所示，位仲裁过程如图3-3所示，如果传送报文的发送位的电平与被监控电平相同，则发送器继续发送报文，如果发送的是一个隐性电平却被监

3、控被显性电平，那么就失去了仲裁，退出发送状态。单元1：DDDDDDRRDDRDDRRDDDRR 仲裁失利，转为接收器单元2： 赢得仲裁，继续发送DDDDDDRRDDDRRDDDRRRR总线状态：DDDDDDRRDDDRRDDDRRRR图3-3 仲裁过程 实际上CAN协议是规定CAN节点之间如何完成通信的通信协议。端口定义：本课程采用MCP2551芯片进行通信CAN总线的发展历程：随着计算机硬件、软件及集成电路技术的迅速发展,消费类电子产品、嵌入式主板、汽车和工业应用等也发展迅速，从而对高速、高可靠和低成本的通信介质的要求也随之提高。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,它为分布式控制系统

4、实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。在嵌入式硬件系统传输领域内， 长期以来使用的通信标准， 尽管被广泛使用， 是无法在需要使用大量的传感器和控制器的复杂或大规模的环境中使用。CAN 总线就是为适应这种需要而发展起来的。CAN 是 Controller Area Network 的缩写，即“局域网控制器”的意思，可以归属于工业现场总线的范畴，通常称为 CAN BUS，即 CAN 总线，是目前国际上应用最为广泛的开放式现场总线之一。CAN 总线最早用在汽车电子领域，世界上一些著名的汽车制造厂商都采用 CAN 总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。CAN 总

5、线规范从 CAN1.2规范发展为兼容 CAN1.2规范的 CAN2.0规范(CAN2.0A 为标准格式，CAN2.0B 为扩展格式)，目前应用的 CAN 器件大多符合 CAN2.0规范。CAN 总线发展简史1986年，Bosch 在 SAE(汽车工程人员协会)大会上提出 CAN 总线概念；1987年，Intel 推出第一片 CAN 控制芯片82526，随后 Philips 半导体也推出82C200；1993年，CAN 的国际标准 ISO11898/ISO11519公布。 ISO11898为高速应用， ISO11519为低速应用；1994年开始有了国际 CAN 学术年会 ICC。同年，美国汽车工

6、程师协会以 CAN 为基础制定了 SAEJ1939标准，用于卡车和巴士控制和通信网络。作用：MCP2551是一个可容错的高速CAN器件，可作为CAN协议控制器和物理总线接口。MCP2551可为CAN协议控制器提供差分收发能力，它完全符合ISO-11898标准，包括能满足24V 电压要求。它的工作速率高达1Mb/s。典型情况下，CAN系统上的每个节点都必须有一个器件，把CAN控制器生成的数字信号转化成为适合总线传输（差分输出）的信号。它也为CAN控制器和CAN总线上的高压尖峰信号之间加入了缓冲器，这些高压尖峰信号可能是由外部器件产生（EMI、ESD和电气瞬态等）。CAN具有如下的特点：1）CAN

7、 控制器工作于多主站方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权 (取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据。而利用 RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。2） CAN 协议废除了传统的站地址编码， 而代之以对通信数据进行编码， 其优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制， 加入或减少设备都不影响系统的工作。 同时可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得 CAN 总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。3） CAN 总线通过 CAN 控制器接口芯

8、片的两个输出端 CANH 和 CANL 与物理总线相连，而 CANH 端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL 端只能是低电平或悬浮状态。这样就保证不会出现类似在 RS-485网络中系统有错误时会导致出现多节点同时向总线发送数据而导致总线呈现短路从而损坏某些节点的现象。而且 CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能， 以使总线上其他节点的操作不受影响， 从而保证不会出现象在网络中， 因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。4） 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， 从而大大降低了用户系统开发的难度，缩短了开发周期，这些是仅仅有电气协议的 RS

9、-485所无法比拟的。5） 与其它现场总线比较而言， CAN 总线通信最高速率可达1MBPS， 传输速率为5KBPS时，采用双绞线， 传输距离可达10KM， 并且数据传输可靠性高； CAN 总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前CAN 总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。6）电路结构简单,要求的线数较少，只需要两根线与外部器件互联，各控制单元能够通过 CAN 总线共享所有的信息和资源。（2）MCU主电路（如果你想写的话 可以把复位电路加上 再加上电源之类的）画原理图填字母很麻烦模拟信号处理电路（全波整流电路）或者采用可调

10、电位器A/D转换器及通信接口和MCU的接口电路：（你也可以把片选 使能之类的接口连接上，如果我写的很全的话 就和以前有的电路一样了，防止老师看出来）（这是2551 和1674 以及4011连在一起的电路图）DSPIC30F4011的参数：AD1674的参数：MCP2251的参数：（3）A/D转换程序：#include #include AD1674.h #include delay.h#define DataBus_8bits PORTB#define AD1674_CE _LATC13#define AD1674_CS _LATC13#define AD1674_RC _LATD1#defi

11、ne AD1674_A0 _LATC14#define AD1674_STS _RD0void delayus(unsigned int n) while(n-);void delayms(unsigned int ms) while(ms-) delayus(800);void InitialAD1674(void) TRISB = 0x00ff; TRISC = 0x0000; TRISD = 0x0001;unsigned int Read_AD1764(void) unsigned int nADResult, nRet; TRISB = 0x00ff; TRISC = 0x0000;

12、 TRISD = 0x0001; _LATC14=0; /A0选择12位转换 _LATD1=0; /RC=0 delayus(3); /等待信号稳定 _LATC13=1; / CE=1启动AD delayus(10); /while(_LATD0=1); / 等待转换结束 _LATC13=0; delayus(1); _LATD1=1; /RC=1允许数据读出 asm(nop); asm(nop); _LATC13=1; / ? _LATC14=0; /A0=0高8位输出 asm(nop); asm(nop); nADResult = DataBus_8bits; nRet = nADResu

13、lt 4; _LATC14=1; /A0=1低4位输出 nADResult = DataBus_8bits; _LATC13=0; asm(nop); asm(nop); _LATD1=0; nADResult &= 0x000F; nRet |= nADResult; return nRet; MCU与PC机的CAN通信程序；#include p30f4011.h#define FCY 16000000 /4M晶振，选择XT的16倍频#define FCAN 16000000 /Fcan=Fcy,在CAN初始化中将经行此设置#define BITRATE 250000 /通信波特率#defi

14、ne K 16 /TQ时钟数#define BRP_VAL (FCAN/(2*K*BITRATE)-1) /后面设置BRP时要用到此值int failmemory40;unsigned int buffer1;unsigned int buffer2;unsigned int buffer3;unsigned int buffer4;unsigned long int i = 0;void CAN_Init() TRISFbits.TRISF0=1; /将F0口即CANRX口作为输入口 TRISFbits.TRISF1=0; /将F1口即CANTX口作为输出口 C1CTRLbits.REQOP

15、 = 0x4; /请求进入配置模式 while (C1CTRLbits.OPMODE!=0x4) /确认进入配置模式/波特率设置 C1CTRLbits.CANCKS=1; /CAN主时钟选择，Fcan=Fcy C1CFG1bits.SJW=00; /同步跳转宽度时间为1*TQ C1CFG1bits.BRP=BRP_VAL; C1CFG2 = 0x02ED; /中断设置 C1INTF=0; /所有CAN中断清零 IFS1bits.C1IF=0; /CAN中断标志位清零 C1INTE=0X00FF; /CAN中断使能 IEC1bits.C1IE; /CAN中断使能 /发送设置 C1TX0CON=0

16、x0003; /发送0邮箱配置,高优先级 C1TX0SID=0x50a8; /发送0邮箱SID，ID=0X2A8 C1TX0EID=0X0000; /发送0邮箱EID C1TX0DLC=0x01c0; /发送0数据长度，8字节 C1TX1CON=0X0002; /发送1邮箱配置,高优先级 C1TX1SID=0XA860; /发送1邮箱SID，ID=0X2A0 C1TX1EID=0X0000; /发送1邮箱IED C1TX1DLC=0X8DA0; /发送1数据长度，4字节/接收设置 C1RX0CON=0x0000; /接收0邮箱配置 C1RX1CON=0X0002; /接收缓冲器0使用接收过滤器

17、2 C1RX0DLC=0x0008; /接收0数据长度，8字节 C1RXM0SID=C1RXM1SID=0X1F01; /接收的为标准数据帧？ C1RXM0EIDH=C1RXM1EIDH=0X0FFF; /接收过滤器0和1扩展标识符高位寄存器设置 C1RXM0EIDL=C1RXM1EIDL=0XFC00; /接收过滤器0和1扩展标识符低位寄存器设置 C1RXF0SID=0X0AA8; /接收过滤器1 SID，ID=0X2AA C1RXF2SID=0X15C0; /接收过滤器2 SID，ID=0X570 C1RXF2EIDH=0X0004; /接收过滤器2扩展标识符高位寄存器设置 C1RXF2E

18、IDL=0X8C00; /接收过滤器2扩展标识符低位寄存器设置 C1CTRLbits.REQOP = 0x0; /请求进入正常工作模式 while (C1CTRLbits.OPMODE!=0x0) /确认进入正常工作模式 return; int main() TRISB=0X00; /RB口设置为输出 PORTB=0XFF; /端口初始化，使8个LED熄灭 CAN_Init(); while(1) if (C1RX0CONbits.RXFUL = 1) /如果接受缓冲器包含有效的接收报文 buffer1 = C1RX0B1; buffer2 = C1RX0B2; buffer3 = C1RX0

19、B3; buffer4 = C1RX0B4; C1RX0CONbits.RXFUL = 0; if(buffer1=0x5555) PORTB=0X00; /点亮8个LED if(buffer1=0x5554) PORTB=0XFF; /使8个LED熄灭 MCU主程序：#include #include Delay.hvoid delayus(unsigned int n) while(n-);void delayms(unsigned int ms) while(ms-) delayus(800);int main(void) WDTSWEnable; /程序调试完成,需要WDT时,放开WT

20、D ClrWdt(); / 复位WTD， = 1s 时,需要加一句. _init_prog_address(EE_addr, fooArrayInDataEE); delayms(10); tempadd=EE_addr; EE_addr=0x7FFC00; _memcpy_p2d16(fooArray2inRAM, EE_addr, 4); EE_addr=tempadd;condition = (uchar) fooArray2inRAM0; /读取状态Port_Config();EE_addr=0x7FFC04;ClrWdt();Save_1record(); writeEE(0x01)

21、; /4011 加电备忘 switch(number) case 1: /读4011 的EEPROM _T1IE=0;tempadd=EE_addr; /存当前地址 EE_addr=0x7FFC00; C1TX0SID = 0x50A0; /2A9 for(m=0;m128;m+) /128*8=1024 _memcpy_p2d16(fooArray2inRAM, EE_addr, 8); /每次取四个字数据 C1TX0B1 = fooArray2inRAM0; C1TX0B2 = fooArray2inRAM1; C1TX0B3 = fooArray2inRAM2; C1TX0B4 = fo

22、oArray2inRAM3; C1TX0CONbits.TXREQ = 1; delayus(10); while(C1TX0CONbits.TXREQ=1); Nop(); EE_addr=EE_addr+8; /EE地址递增8字节 EE_addr=tempadd; /还原地址 _T1IE=1; number=10; break; case 2: /送状态信息 OutData00=condition; number=10; break; default: break; /停止模式 Nop(); 设上位机采用某型 USB-CAN转换器，请说明该转换器与MCU的连接；编写指令，分别读（显示）下位

23、机的数据采集结果。答：连接线USB端和PC机相连，另一端和USBCAN的CANH 和CANL相连。在USBCAN软件上ID地址上输入CAN协议的指令，读取在EEPROM中的数据#include #include Delay.h void delayus(unsigned int n) while(n-);void delayms(unsigned int ms) while(ms-) delayus(800); _T1IE=0; tempadd=EE_addr; /存当前地址 EE_addr=0x7FFC00; C1TX0SID = 0x50A4; /2A9 for(m=0;m128;m+)

24、/128*8=1024 _memcpy_p2d16(fooArray2inRAM, EE_addr, 8); /每次取四个字数据 C1TX0B1 = fooArray2inRAM0; C1TX0B2 = fooArray2inRAM1; C1TX0B3 = fooArray2inRAM2; C1TX0B4 = fooArray2inRAM3; C1TX0CONbits.TXREQ = 1; delayus(10); while(C1TX0CONbits.TXREQ=1); Nop(); EE_addr=EE_addr+8; /EE地址递增8字节 EE_addr=tempadd; /送原地址 _T1IE=1; number=10; break;