【正文】 幀或遠(yuǎn)程幀。 [24]其中：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳至接收器；遠(yuǎn) 程幀由節(jié)點(diǎn)發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀：出錯(cuò)幀可由任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送，以檢測總線錯(cuò)誤，而超載幀用于提供先前和后續(xù)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間的附加延時(shí)。 (2) 仲裁場：仲裁場由來自 LLC 子層的標(biāo)識符和 RTR(Remote TransmissionRequest，遠(yuǎn)程傳送請求 )位構(gòu)成。 (6) ACK 場： ACK 場為兩位： ACK 隙和 ACK 界定符。源節(jié)點(diǎn)收到遠(yuǎn)程幀后，將向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀作為響應(yīng)。 (1) 錯(cuò)誤標(biāo)志 有兩種錯(cuò)誤標(biāo)志形式：活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志 (active error flag)和認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CAN 總線技術(shù)研究 15 (passiveerror flag)。 (2) 錯(cuò)誤界 定符錯(cuò)誤界定符由 8位隱性位構(gòu)成。 幀間空間包括間歇場和總線空閑場。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送位流中檢測到 5 個(gè)數(shù)值相同的連續(xù)位 (包括填充位 )時(shí)，它在實(shí)際發(fā)送位流中，自動(dòng)插入一個(gè)補(bǔ)碼位。決定哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送數(shù)據(jù)被稱為仲裁。 基于競爭的仲裁依靠標(biāo)識符和緊隨其后的 RTR 位完成。 (3) CRC 錯(cuò)誤： CRC 序列由發(fā)送器的 CRC 計(jì)算結(jié)果構(gòu)成。當(dāng)檢測到 CRC 錯(cuò)誤時(shí)，錯(cuò)誤幀在緊隨 ACK 界定符后開始發(fā)送。節(jié)點(diǎn)將檢測到錯(cuò)誤并重發(fā)幀，其狀態(tài)變成為錯(cuò)誤認(rèn)可，但不會由此進(jìn)入脫離總線狀態(tài)。 同步段用于同步總線上的各種 ECU。 (2) 只有連續(xù)兩次采樣點(diǎn)數(shù)值不同的邊沿才被用于同步。特別是多節(jié)點(diǎn)應(yīng)用時(shí)優(yōu)勢突出。這些子節(jié)點(diǎn)通過雙絞線連接在一起，雙絞線兩端各接一個(gè) 120Ω的匹配電阻形成回路。 [22] 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CAN 總線技術(shù)研究 20 表 2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次 層 子層 功能 上機(jī)機(jī)層 應(yīng)用接口層 人機(jī) 介面，向操作者提供直觀的監(jiān)控界面以及參數(shù)設(shè)置 節(jié)點(diǎn)類層 把節(jié)點(diǎn)層的節(jié)點(diǎn)映射為一個(gè)類，對節(jié)點(diǎn)的檢測和控制映射為節(jié)點(diǎn)類的方法調(diào)用 后臺數(shù)據(jù)庫層 保存所有檢驗(yàn)信息和各節(jié)點(diǎn)的其它信息，用于支撐整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行 串口通信層 從串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，內(nèi)置了和校驗(yàn)，串口數(shù)據(jù)重組等，為上層提供數(shù)據(jù)?？傊庸?jié)點(diǎn)只要求四路輸入量是在一定范圍內(nèi)的電壓信號，而各路電壓信號的具體含義留到上位機(jī)監(jiān)測控制軟件處理。為了消除這種不方便，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，使用上位機(jī)軟件校正的方法，從而大大提高校準(zhǔn)的方便性。各被控制的輸出口具體含義由上位機(jī)軟件具體規(guī)定。這對于大部分應(yīng)用都是足夠的。各子節(jié)點(diǎn)由定時(shí)器觸發(fā)，約 10s 進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換檢測數(shù)據(jù)。交換系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間變長，性能受到一定影響，而 CAN 總線具有優(yōu)良的性能和可靠性，以多主方式工作，能使系統(tǒng)的各模塊實(shí)現(xiàn)多主通信，充分發(fā)揮各單片機(jī) 的功能； (4) CAN 的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 (4) 所有滿足規(guī)則的 (1)和 (2)的其它隱性至顯性的跳變沿將被用于重同步。傳播段用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延遲時(shí)間。 (2) 實(shí)現(xiàn)總線發(fā)送 /接收的功能電路并提供總線故障檢測方法。 (1) 錯(cuò)誤激活：正?？偩€通信的節(jié)點(diǎn)檢測到錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出一個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，中斷當(dāng)前總線傳輸。當(dāng)所計(jì)算的 CRC 序列不等于接收到的序列時(shí)，則檢測到 CRC 錯(cuò)誤。若具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)發(fā)送，數(shù)據(jù)幀比遠(yuǎn)程幀有較高優(yōu)先權(quán)。 許多節(jié)點(diǎn)一起開始發(fā)送時(shí)，此時(shí)只有發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)幀的節(jié)點(diǎn)變?yōu)榭偩€主站。 一幀由 SOF 場開始逐個(gè)位場進(jìn)行發(fā)送，在一場內(nèi)應(yīng)首先發(fā) 送最高位。間歇期間不允許節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，僅起標(biāo)注超載條件的作用。超載幀與出錯(cuò)幀類似。 一個(gè)檢測到出錯(cuò)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，借助發(fā)送活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志來標(biāo)注。一個(gè)遠(yuǎn)程幀由 6 個(gè)不同位場構(gòu)成：幀起始 (SOF)、仲裁場、控制場 (兩位保留位 +DLC 場 )、CRC 場、 ACK 場、幀結(jié)束 (EOF)，如圖 6 所示。 ACK 界定符為 ACK 場的第二位，必須是隱性位，因此， ACK 隙被兩個(gè) 隱性位(ACK 界定符和 CRC 界定符 )所包圍。 對物理接口訪問 對 LLC 子層訪問 接收數(shù)據(jù)封裝 發(fā)送數(shù)據(jù)封裝 發(fā)送媒體訪問管理 接收媒體訪問管理 接收數(shù)據(jù)解碼 發(fā)送數(shù)據(jù)解碼 LLC 子層 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CAN 總線技術(shù)研究 14 (3) 控制場：控制場由六位構(gòu) 成，包括兩位用于擴(kuò)展的保留位。 MAC 數(shù)據(jù)幀 有兩種類型的數(shù)據(jù)幀：標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。 媒體訪問控制 (MAC)子層 MAC 子層功能由如圖 4 所示的功能模型描述，在此模型中將 MAC 子層劃分為完全獨(dú)立工作 的兩部分，即發(fā)送部分和接收部分。 CAN 總線的分層結(jié)構(gòu) CAN 遵從 OSI 模型，按照 OSI 基準(zhǔn)模型， CAN 結(jié)構(gòu)劃分為兩層 [23][31]：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。在顯性位期間，顯性狀態(tài)改寫隱性狀態(tài)并發(fā)送。 CAN 上的總線數(shù)值為兩種互補(bǔ)邏輯數(shù)值之一：顯性或隱性。 (5)在每 一幀中都有 CRC 校驗(yàn)、總線監(jiān)測、位填充及其報(bào)文格式檢查等檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)差錯(cuò)率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 (5) CAN CAN 是控制器局域網(wǎng)絡(luò) (Controller Area Network)的簡稱，最早由德國的 BOSCH 公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信。由 DP， FMS， PA 組成了 PROFIBUS 系列。例如在單幢多層住宅中構(gòu)建的智能網(wǎng)絡(luò)單元， RS485 總線技術(shù)完全能滿足網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸要 求。 RS485 的差分輸入范圍為 7V+12V，接收器最小輸入阻抗為 12kΩ ，抗干擾能力強(qiáng)，能滿足 RS422 的所有規(guī)范，可以在 RS422 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。所以只適合本地設(shè)備單發(fā)、單收通信。目前較流行的現(xiàn)場總線主要有以下幾種： RS232C， RS485，LONWORKS， PROFI BUS， CAN。如 CAN 控制器有 Intel 公司的 82526，82527； Philips 公司的 82C200， SJA1000； NEC 公司的 72021； Siemens 公司的 SAB81C90/91。 重點(diǎn)要解決的問題有：利用 CAN 現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)的通信；各節(jié)點(diǎn)和接口卡長期穩(wěn)定地工作；上位機(jī)軟件對 CAN 總線上各節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測；方便快捷地對各傳感器的偏移進(jìn)行修正。在技術(shù)上也由單純的分散型控制到實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的管理，引入局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（便于多機(jī)資源共享），分散控制系統(tǒng)和 信道復(fù)用等。別的應(yīng)用還有：望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、飛行模擬器、高能量物理實(shí)驗(yàn)、畜舍監(jiān)視系統(tǒng)等。 (4) 工業(yè)控制 CAN 網(wǎng)絡(luò)大量地應(yīng)用在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。 [6] (1) 汽車 在引擎系統(tǒng)中應(yīng)用 CAN 總線連接多個(gè)電子控制單元 (ECU)。搭配不同的傳 感器，可以應(yīng)用在不同的場合。 提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性：由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差。 現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn) 由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性?，F(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及管理控制一體化的綜合自動(dòng)化功能。MCP2510 CAN controller 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 III 目 錄 摘 要 ................................................................. I ABSTRACT .............................................................. II 目 錄 .............................................................. III 緒論 ................................................................... 1 現(xiàn)場總線 ................................................................................................................. 1 現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展 .......................................................................................... 1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點(diǎn) ................................................................................... 1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ........................................................................ 1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn) ........................................................................ 1 現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn) ........................................................................................... 2 現(xiàn)場總線的分類 ........................................................................................... 3 CAN 總線 ................................................................................................................. 3 CAN 模塊 ....................................................................................................... 3 CAN 模塊支持的幀類型 ............................................................................... 4 CAN 總線技術(shù)在多方面的應(yīng)用 ................................................................... 4 分布式系統(tǒng)及現(xiàn)場總線的發(fā)展 ............................................................................. 5 本文研究的內(nèi)容 ..................................................................................................... 5 2. CAN 總線技術(shù)研究 ..................................................... 7 方案對比 ................................................................................................................. 7 CAN 總線的主要特點(diǎn) ............................................................................................. 9 CAN 總線的分層結(jié)構(gòu) .......................................................................................... 12 邏輯鏈路控制 (LLC)子層 ........................................................................... 12 媒體訪問控制 (MAC)子層 ......................................................................... 12 MAC 幀結(jié)構(gòu) .....................................................