can總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-04-28 12:28 本頁(yè)面
【正文】 一、現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FCS)、現(xiàn)場(chǎng)總線智能節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀表、控制器、協(xié)作機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通訊以及這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)際上形成了多種成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線，較為著名的有過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS(Process Fieldbus)、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF(Foundation Fieldbus)、控制器局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線CANbus(Control Area Network)、可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路(HART)和局部操作網(wǎng)絡(luò)(LONWORKS)。從資料分析和應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，F(xiàn)F、LONWORKS或HART與國(guó)內(nèi)的技術(shù)狀況和承受能力有一定距離。CAN總線更適合我國(guó)國(guó)情，其通信芯片價(jià)格較為低廉。本項(xiàng)目研制的智能節(jié)點(diǎn)就采用了CAN總線技術(shù)。CAN總線是德國(guó)BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)量?jī)x器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。他是一種多主總線，通信介質(zhì)可以使雙絞線、同軸電纜和光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1Mbps 。歸納起來(lái)，CAN總線主要有以下特點(diǎn)：（1）、網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)均可作為主節(jié)點(diǎn)，主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。解決了許多傳統(tǒng)總線的從節(jié)點(diǎn)無(wú)法主動(dòng)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的難題，給用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。（2）、CAN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可分優(yōu)先權(quán)滿足不同要求。（3）、抗干擾能力強(qiáng)，速度快，且工程簡(jiǎn)單，普通雙絞線40米時(shí)可達(dá)1Mbps 。（4）、調(diào)試維護(hù)方便。（5）、CAN用戶可以定義自己的CAN語(yǔ)言，即子層數(shù)據(jù)協(xié)議，然而這個(gè)協(xié)議需遵守ISO/OSI參考模型的第7層（應(yīng)用層）標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，用戶也可以使用標(biāo)準(zhǔn)的CAN子層數(shù)據(jù)協(xié)議，如工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議AllenBradley’s DEVICE net ，直接利用它們進(jìn)行方案開發(fā)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)協(xié)議，建立了應(yīng)用層與物理層之間的聯(lián)系。（6）、CAN協(xié)議采用CRC校樣并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證數(shù)據(jù)的可靠性。CAN總線是基于發(fā)送報(bào)文的編碼，而不是對(duì)CAN控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼，故增添或刪減CAN上的控制節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成太大的影響。本文結(jié)合作者工作中的體會(huì)，首先介紹了CAN協(xié)議的有關(guān)內(nèi)容，接著,以SJA1000為例介紹如何建立簡(jiǎn)單的通信，并給出了它的軟硬件設(shè)計(jì)，最后，探討了應(yīng)用中對(duì)CAN控制器進(jìn)行初始化的一些問(wèn)題。CAN協(xié)議（1）、CAN報(bào)文格式CAN系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)間發(fā)送和接收以4種不同類型的幀（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀、超載幀）出現(xiàn)。其中最常見(jiàn)的是數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀。每種幀有其相應(yīng)的幀格式。CAN控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，SJA1000的TX0腳輸出位序列。用邏輯分析儀捕捉了一個(gè)數(shù)據(jù)幀，它由7種位場(chǎng)構(gòu)成:幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、校驗(yàn)場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)①幀起始（SOF），包含一個(gè)顯性位，用于硬同步。②仲裁場(chǎng)（ARBITRATIONFIELD），包含11個(gè)報(bào)文標(biāo)識(shí)位和1個(gè)RTR位。報(bào)文標(biāo)識(shí)位的高7位不能全為“1”，RTR位用以區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀，數(shù)據(jù)幀為“0”，遠(yuǎn)程幀為“1”，這12位提供報(bào)文的優(yōu)先權(quán)?？偩€通過(guò)這12位進(jìn)行總線仲裁，數(shù)越小，優(yōu)先權(quán)越高。③控制場(chǎng)（CONTROLFIELD），包含2位備用位和4位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼。④數(shù)據(jù)場(chǎng)（DATAFIELD）。⑤循環(huán)冗余CRC校驗(yàn)場(chǎng)（CRCFIELD），包含15位CRC序列和1位界定符（隱性位“1”）。⑥應(yīng)答場(chǎng)（ACKFIELD），包含應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符各1位，應(yīng)答間隙為隱性位。CAN總線上所有收到正確報(bào)文的CAN控制器將隱性位改為顯性位，發(fā)送者借此確認(rèn)它已發(fā)送完一條完整和正確的消息。若報(bào)文有誤，或被仲裁退出（由于優(yōu)先級(jí)較低），發(fā)送者將會(huì)重發(fā)報(bào)文。⑦幀結(jié)束(EOF)，包含7個(gè)隱性位。遠(yuǎn)程幀用于請(qǐng)求與其有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀，它與數(shù)據(jù)幀的區(qū)別在于RTR位、數(shù)據(jù)場(chǎng)。（2）、CAN節(jié)點(diǎn)狀態(tài)CAN總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)總處于錯(cuò)誤主動(dòng)（ERRORACTIVE）、錯(cuò)誤被動(dòng)（ERRORPASSIVE）和脫離總線（BUSOFF）其中的一種狀態(tài)。CAN協(xié)議定義了5種錯(cuò)誤類型，并由CAN控制器的發(fā)送錯(cuò)誤寄存器（REC）和接收錯(cuò)誤寄存器（TEC）分別對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行計(jì)數(shù)。CAN節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)便由這兩個(gè)錯(cuò)誤寄存器決定。當(dāng)兩個(gè)寄存器的值都小于126時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于錯(cuò)誤主動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)遇到錯(cuò)誤發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤幀；當(dāng)其中一個(gè)錯(cuò)誤寄存器的值大于126時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于錯(cuò)誤被動(dòng)狀態(tài),此時(shí)節(jié)點(diǎn)遇到錯(cuò)誤發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤幀；當(dāng)發(fā)送寄存器的值大于255時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于BUSOFF狀態(tài),此時(shí)節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響。（3）、CAN節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)總線機(jī)制CAN控制器不停地接收總線上的數(shù)據(jù),由此完成對(duì)總線的監(jiān)聽(tīng)。當(dāng)它發(fā)送報(bào)文時(shí)，接收的數(shù)據(jù)會(huì)被放入接收緩存，并與發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。若發(fā)送的報(bào)文標(biāo)識(shí)符是“1”，接收的是“0”（總線完成“線與”的功能），則該節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送，等總線空閑后，重新發(fā)送報(bào)文。這樣來(lái)完成總線仲裁。一節(jié)點(diǎn)發(fā)送完一份報(bào)文后，可在該節(jié)點(diǎn)的接收緩存找到該報(bào)文。該報(bào)文會(huì)被隨后接收的數(shù)據(jù)覆蓋。CAN節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的錯(cuò)誤幀后，會(huì)根據(jù)自身的狀態(tài)發(fā)送相應(yīng)的錯(cuò)誤幀。故總線上的錯(cuò)誤幀是由所有CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送的錯(cuò)誤幀疊加而成。CAN通過(guò)它來(lái)完成局部錯(cuò)誤全局化。CAN卓越的特性，性能的可靠和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過(guò)程互控設(shè)備互聯(lián)。因此，越來(lái)越受工業(yè)界重視，并已被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS將分散在各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表通過(guò)數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線連為一體，并與控制室中的控制器和監(jiān)視器一起就構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）。在FCS中，有現(xiàn)場(chǎng)智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)
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