【正文】 .................................................... 34 RTL8019AS 引腳圖及部分管腳設(shè)置 ................................................. 34 RTL8019AS 寄存器 ....................................................................................... 37 RTL8019AS 寄存器表 ......................................................................... 37 寄存器功能說明 ................................................................................. 38 以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................................................... 43 RTL8019AS 與單片機(jī)的連接 ............................................................. 43 地址鎖存器 74LS373.......................................................................... 45 以太網(wǎng)接口 ......................................................................................... 46 以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................................................... 46 復(fù)位 RTL8019AS................................................................................ 46 RTL8019AS 寄存器的讀寫 ................................................................. 47 RTL8019AS RAM 的操作 .................................................................. 47 RTL8019AS 的初始化 ......................................................................... 48 RTL8019AS 的數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計(jì)方法 ............................................. 49 RTL8019AS 的數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)方法 ............................................. 51 第四章 結(jié) 論 .................................................................................... 52 論文總結(jié) ........................................................................................................ 52 感想 ............................................................................................................... 53 致 謝 ............................................................................................... 54 參 考 文 獻(xiàn) ......................................................................................... 55 附錄 A：硬件設(shè)計(jì)原理圖與 PCB 圖 ................................................... 56 附錄 B：軟件程序清單 ........................................................................ 57 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 1 第一章 緒 論 引言 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)化領(lǐng)域產(chǎn)生了深刻的變革，并逐漸形成了網(wǎng)絡(luò)化、全開放、全分布的自動(dòng)控制體系結(jié)構(gòu)。而現(xiàn)場(chǎng)總線正是這場(chǎng)深刻變革中的重要技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它的關(guān)鍵是把網(wǎng)絡(luò)化、信息化的概念徹底引入到控制領(lǐng)域和工廠的控制中。構(gòu)建完整的控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)，不僅可實(shí)現(xiàn)高度靈活、高可靠性的分散控制，而 且可以實(shí)現(xiàn)全廠，甚至全世界范圍內(nèi)的信息共享，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的量化管理，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 選題的背景與意義 當(dāng)今的以太網(wǎng)技術(shù)雖然有其優(yōu)勢(shì)， 但要直接用于工業(yè)控制，仍然面臨一些未解決的問題。同時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)總線具有不可代替的優(yōu)點(diǎn)，與以太網(wǎng)相比，更適合用于控制網(wǎng)絡(luò)。因此，工業(yè)企業(yè)中，一般把現(xiàn)場(chǎng)總線用于車間、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)等生產(chǎn)第一線，作為控制網(wǎng)絡(luò)，而以太網(wǎng)主要應(yīng)用于 企業(yè)管理層和生產(chǎn)監(jiān)控層 。由于不同現(xiàn)場(chǎng)總線之間沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、難以接入因特網(wǎng)等缺點(diǎn)，使得目前大部分企業(yè)的控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，甚至不 同的控制網(wǎng)絡(luò)之間相互獨(dú)立，不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)仍然是一個(gè)急需解決的問題。如果能夠把現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)連接，那么這些問題都將得以解決，同時(shí)，由于以太網(wǎng)能夠方便的接入因特網(wǎng)，控制信息也將可以方便快速地傳送到世界上任何一個(gè)地方。這就為本課題的研究提供了機(jī)遇，也是本課題研究的意義所在。 研究現(xiàn)狀 現(xiàn)代化的發(fā)展使人們對(duì)生產(chǎn)過程的性能控制提出了更高的要求 ， 這使得企業(yè)管理者、工程師需要獲取更多的來自現(xiàn)場(chǎng)的信息 ， 從而實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)控制到監(jiān)控、管理、決策、商務(wù)等各個(gè)層次的信息交換與集成 ， 以提高生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這種需求推動(dòng)了現(xiàn) 場(chǎng)總線技術(shù)的誕生 ， 呼喚著以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶 ,以分散的智能測(cè)控設(shè)備為節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的出現(xiàn) ， 并對(duì)傳統(tǒng)模擬儀表控制系統(tǒng)、非開放性的 DCS系統(tǒng)發(fā)起了革命性的挑戰(zhàn)。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)的開放性 :開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開 ， 各不同廠家的設(shè)備之間可互連為系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)一致通信與信息交換。在 FCS 中 ， 用戶可以根據(jù)需要 ,將遵從相同協(xié)議的不同廠家的產(chǎn)品集成到一個(gè)規(guī)模隨意的系統(tǒng)中 ,通過現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng) ,從根本上打破了 DCS 系統(tǒng)的封閉性。 互可操作性與互用性 :互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間 、系統(tǒng)間的信息傳遞與溝通 ?；ビ眯詣t指不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)相互替換。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性 :現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成 ， 僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能 ， 并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 :現(xiàn)場(chǎng)總線己構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) ， 從根本上改變了現(xiàn)有的 DCS 系統(tǒng)體系 ， 簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ,提高了可靠性。 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性 ： 工作在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) ， 作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線 ,是專為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)計(jì)的 ,可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射 頻、紅外線、電力線等 ,具有較強(qiáng)的抗干擾能力 ， 能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信 ,并可滿足安全防爆要求。 節(jié)省硬件數(shù)量與投資 ： 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備能直接執(zhí)行傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算與控制等功能 ,故可減少變送器的數(shù)量 ， 不再需要單獨(dú)的調(diào)節(jié)器、計(jì)算單元等 ， 也不再需要 DCS 系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等功能單元及其復(fù)雜接線 ，還可以用工控 PC 機(jī)作為操作站 ， 從而節(jié)省了硬件投資 ， 并減少了控制室的占地面積。 節(jié)省安裝、維護(hù)費(fèi)用 ： 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單 ， 一對(duì)雙絞線或一條電纜上可以掛接多臺(tái)設(shè)備 ,故可節(jié)省大量的電纜、端子、槽盒、 橋架 ， 而連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也可大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí) ， 無需增加新的電纜 ， 可就近連接在原有的電纜上 ， 即節(jié)省了投資 ， 也減少了設(shè)計(jì)安裝的工作量。由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理能力 ， 并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室 ， 用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行、診斷維護(hù)信息 ， 以便早期分析故障原因并快速排除 ， 縮短了維護(hù)時(shí)間 ， 減少了維護(hù)的工作量。 提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性 ： 現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化和數(shù)字化 ， 從根本上提高了測(cè)量與控制的精度。同時(shí) ， 由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 ， 設(shè)備與連線的減少 ， 現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能 的加強(qiáng) ， 減少了信號(hào)的往返傳輸 ， 提高了系統(tǒng)的可靠性。 CAN 總線簡(jiǎn)介 CAN（ Controller Area Network,控制器局域網(wǎng)）是一種高性能、高可靠性、易開發(fā)且低成本的現(xiàn)場(chǎng)總線，在全球得到廣泛應(yīng)用，也是最早在我國應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線之南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 3 一。 CAN 是 20 世紀(jì) 80 年代（ 1983）德國 Bosch（博世）公司為解決眾多的測(cè)量控制部件之間的數(shù)據(jù)交換問題而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。最初， CAN 作為汽車的監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，在車載各電子控制裝置 ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系 統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入 CAN 控制裝置?，F(xiàn)在，由于 CAN 總線自身的特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域已由汽車行業(yè)擴(kuò)展到過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。 本文的 結(jié)構(gòu) 本文以以太網(wǎng)和 CAN 總線的通訊接口的研發(fā)工程項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對(duì)以太網(wǎng)和 CAN 總線的通訊技術(shù)進(jìn)行了研究。全文共分為 四 章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章扼要地介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線以及 CAN 總線的概念、特點(diǎn)和相關(guān)研究背景； 第二章研究了 CAN 智能節(jié)點(diǎn)的硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì) ； 第 三 章研究了以太網(wǎng) 智能節(jié)點(diǎn)的硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì) ； 第 四 章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)一步研究的方向。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 4 第二章 CAN 總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) CAN 控制器 SJA1000 功能簡(jiǎn)介 SJA1000 是一種獨(dú)立 CAN 控制器 ， 它是 PHILIPS 公司的 PCA82C20OCAN 控制器的替代產(chǎn)品。 SJA1000 具有 BasicCAN 和 PeliCAN 兩種工作方式， PeliCAN 工作方式支持具有很多新特性的 協(xié)議， SJA1000 在軟件和引腳上都是與它的前一款 PCA82C200 獨(dú)立 CAN 控制器兼容的，并在此基礎(chǔ)上 增加了很多新的功能。為了實(shí)現(xiàn)軟件兼容， SJA1000 采用了兩種工作方式： BasicCAN 方式 (PCA82C200 兼容方式 )， PeliCAN 方式 (擴(kuò)展特性方式 )。工作方式 通過時(shí)鐘分頻寄存器中的 CAN 方式位來選擇，上電復(fù)位默認(rèn)工作方式是 BasicCAN 方式。 CAN 控制器 SJA1000 的基本結(jié)構(gòu) SJA1000 的內(nèi)部功能框圖如圖 所示，其引腳描述如表 所列。 圖 SJA1000 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 5 表 SJA1000 引腳描述 引腳名稱 引腳號(hào) 功能 AD7AD0 2， 1， 2823 地址 /數(shù)據(jù)總線 ALE/AS 3 ALE 輸入信號(hào) （ Intel 模式 ） ， AS 輸入信號(hào)（ Motorola 模式） CS 4 片選輸入 /RDE 5 來自 CPU 的 RD 信號(hào)（ Intel 模式）或 E 使能信號(hào)（ Motorola模式） WR 6 來 自 CPU 的 WR信號(hào) CLKOUT 7 SJA1000 產(chǎn)生的時(shí)鐘輸出信號(hào) VSS1 8 邏輯電路地 XTAL1 9 外部晶振輸入 XTAL2 10 外部晶振輸出 MODE 11 模式選擇輸入：等于 1，選擇 Intel 模式；等于 0，選擇 Motorola模式 VDD3 12 輸出驅(qū)動(dòng)器的 5V 電源 TX0 13 連接到物理總線 TX1 14 連接到物理總線 VSS3 15 輸出驅(qū)動(dòng)的地 INT 16 中斷輸出 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 6 RST 17 復(fù)位輸入；將 RST 引腳通過