【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通告和恢復(fù)管理。 ① 幀接收濾波 :在 LLC 子層上開始的幀躍變是獨(dú)立的，其自身操作與先前的幀躍變無關(guān)。幀內(nèi)容由標(biāo)識(shí)符命名。標(biāo)識(shí)符并不能指明幀的目的地，但描述 數(shù)據(jù)的含義，每個(gè)接收器通過幀濾波確定此幀與其是否有關(guān)。 ② 超載通告 :如果接收器內(nèi)部條件要求延遲下一個(gè) LLC 數(shù)據(jù)幀或 LLC 遠(yuǎn)程幀，則通過 LLC 子層開始發(fā)送超載幀。最多可產(chǎn)生兩個(gè)超載幀，以延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。 ③ 恢復(fù)管理 :發(fā)送期間，對(duì)于丟失仲裁或被錯(cuò)誤干擾的的幀， LLC 子層具有自重發(fā)送功能。在發(fā)送成功完成前，幀發(fā)送服務(wù)不被用戶認(rèn)可。 (2) LLC 幀結(jié)構(gòu) LLC 幀是等同 LLC 實(shí)體 (LPDU)之間進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)單元，以下分別描述 LLC 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的結(jié)構(gòu)。 ① LLC 數(shù)據(jù)幀 LLC 數(shù)據(jù)幀由三個(gè)位場(chǎng)，既標(biāo) 識(shí)符場(chǎng)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼 (DLCData Length code)場(chǎng)和 LLC 數(shù)據(jù)場(chǎng)。 ② LLC 遠(yuǎn)程幀 LLC 遠(yuǎn)程幀由兩個(gè)位場(chǎng) (標(biāo)識(shí)符場(chǎng)和 DLC 場(chǎng) )組成。 LLC 遠(yuǎn)程幀標(biāo)識(shí)符格式與 LLC 數(shù)據(jù)幀格式相同，只是不存在數(shù)據(jù)場(chǎng)。 DLC 的數(shù)值是獨(dú)立的，此數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼。 媒體訪問控制 (MAC)子層 MAC 子層功能由 中規(guī)定的功能模型描述。 (1) MAC 幀結(jié)構(gòu) CAN 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)間發(fā)送和接收以四種不同類型的幀出現(xiàn)和控制。其中 :數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳送至接收器 。遠(yuǎn)程幀由節(jié)點(diǎn)發(fā)送， 以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)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(cè)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)。另外，數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀以幀間空間隔同先前幀隔開。 (2) MAC 幀編碼和發(fā)送 /接收 幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)和 CRC 序列幀段均以位填充方法進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送位流中檢測(cè)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。數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng) (CRC 界定符、 ACK 場(chǎng)和幀結(jié)束 )為固定形式，不進(jìn)行位填充。錯(cuò)誤幀和超載幀也為固定格式，同樣不使用位填 充方法進(jìn)行編碼。幀中的位流按照非歸零 (NRZ No Return to zero)方法編碼。這就意味著一個(gè)完整位其位電平要么是 “顯性 ”，要么是 “隱性 ”。一幀應(yīng)由其 SOF 場(chǎng)開始逐個(gè)位場(chǎng)進(jìn)行發(fā)送。在一場(chǎng)內(nèi)應(yīng)首先發(fā)送最高位 .對(duì)于發(fā)送器和接收器一幀的有效時(shí)點(diǎn)是不同的。對(duì)于發(fā)送器，若在幀結(jié)束完成前不存在錯(cuò)誤，則該幀為有效。若一幀被破壞，則進(jìn)行恢復(fù)處理。 第 5 頁 共 46 頁 對(duì)于接收器，若在幀結(jié)束最后一位前不存在錯(cuò)誤，則該幀為有效。 (3) 媒體訪問和仲裁 當(dāng)檢測(cè)到間歇場(chǎng)未被 “顯性 ”位中斷后，認(rèn)為總線被所有節(jié)點(diǎn)釋放?？偩€一旦釋放， “錯(cuò)誤一活 動(dòng) ”節(jié)點(diǎn)可以訪問總線?？偩€一旦釋放，接收當(dāng)前或先前幀的 “錯(cuò)誤一認(rèn)可 ”節(jié)點(diǎn)可以訪問總線。一旦完成暫停的發(fā)送，并且其間沒有其它節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送，發(fā)送當(dāng)前幀或已發(fā)送完先前幀的 “錯(cuò)誤一認(rèn)可 ”節(jié)點(diǎn)可以訪問總線。當(dāng)允許節(jié)點(diǎn)訪問總線時(shí)， MAC 數(shù)據(jù)幀和 MAC 遠(yuǎn)程幀可以起始。 MAC 錯(cuò)誤幀和MAC 超載幀如上述規(guī)定被發(fā)送。發(fā)送其間，發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均為總顯主站。當(dāng)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。這種解決總線訪問沖突的機(jī)理是基于競(jìng)爭(zhēng)的仲裁。仲裁期間，每個(gè)發(fā)送起將發(fā)送位電平同總線上監(jiān)測(cè)到的電平進(jìn)行比較。若相等，則節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送。當(dāng)送出一個(gè) “隱性 ”電平，而監(jiān)測(cè)到的為 “顯性 ”電平時(shí)，表明節(jié)點(diǎn)丟失仲裁，并且不應(yīng)再送更多位。當(dāng)送出 “顯性 ”電平，而監(jiān)測(cè)到 “隱性 ”電平時(shí)，表明節(jié)點(diǎn)檢測(cè)出位錯(cuò)誤。基于競(jìng)爭(zhēng)的仲裁依靠標(biāo)識(shí)符和緊隨其后的 RTR 位完成。具有不同標(biāo)識(shí)符的兩幀中 ，優(yōu)先權(quán)被標(biāo)注于幀中，較高優(yōu)先權(quán)的標(biāo)識(shí)符具有較低的二進(jìn)制數(shù)值。若具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)被初始化，數(shù)據(jù)幀較之遠(yuǎn)程幀具有較高優(yōu)先權(quán)，它通過按照 RTR 位數(shù)值標(biāo)注達(dá)到。 (4) 錯(cuò)誤檢測(cè) MAC 子層具有下列錯(cuò)誤檢測(cè)功能 :監(jiān)測(cè)、填充規(guī)則校驗(yàn)、幀校驗(yàn)、 15 位循環(huán)冗余碼校驗(yàn)和應(yīng)答校驗(yàn)。 ① 錯(cuò)誤類型 a. 位錯(cuò)誤 b. 填充錯(cuò)誤 c. CRC 錯(cuò)誤 d. 形式錯(cuò)誤 e. 應(yīng)答錯(cuò)誤 在發(fā)送器 ACK 隙期間未檢測(cè)到 “顯性 ”位時(shí)，則檢測(cè)到一個(gè)應(yīng)答錯(cuò)誤。當(dāng)檢測(cè)到以上這些錯(cuò)誤之一， LLC 子層被告之，并且， MAC 子層啟動(dòng)發(fā)送 錯(cuò)誤標(biāo)志。當(dāng)任何節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到位錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤、形式錯(cuò)誤或應(yīng)答錯(cuò)誤時(shí)，由各自節(jié)點(diǎn)在下一位啟動(dòng)發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。當(dāng)檢測(cè)到 CRC 錯(cuò)誤時(shí)，錯(cuò)誤幀在僅隨 ACK 界定符后的那位啟始發(fā)送，除非另一個(gè)錯(cuò)誤條件的錯(cuò)誤幀已經(jīng)準(zhǔn)備好啟動(dòng)。 ② 錯(cuò)誤界定規(guī)則 網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)其錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器數(shù)值，可能處于下列三種狀態(tài)之一。 a. “錯(cuò)誤一激活 ”節(jié)點(diǎn)；一個(gè) “錯(cuò)誤一激活 ”節(jié)點(diǎn)可以正常參與總線通信，并在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出一個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志?；顒?dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)顯性位組成，并且遵守位填充規(guī)則和在規(guī)定幀中出現(xiàn)的所有固定格式。 b. “錯(cuò)誤一認(rèn)可 ”節(jié)點(diǎn) :一個(gè) “錯(cuò)誤一認(rèn)可 ”節(jié)點(diǎn)不應(yīng)發(fā)送活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。它參與總線通信，但在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)送一個(gè)認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志，認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的隱性位組成。發(fā)送后， “錯(cuò)誤一認(rèn)可 ”節(jié)點(diǎn)在開始進(jìn)一步發(fā)送前將等待一段附加時(shí)間。 c. “總線脫離 ”節(jié)點(diǎn) :當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)由于請(qǐng)求故障界定實(shí)體而對(duì)總線處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，其處于 “總線脫離 ”狀態(tài)。在 “總線脫離 ”狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)既不發(fā)送，也不接收任何幀。只有應(yīng)用戶請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)才能解脫 “總線脫離 ”狀態(tài)。 物理層 物理層是將 ECU 連接至總線的電路實(shí)現(xiàn)。 ECU 的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)載。 CAN 的 物理層劃分為幾部分 :物理信令子層、 PMA 子層、 MDI 子層物理信令實(shí)現(xiàn)與位表示。定時(shí)和同步相關(guān)的功能。 PMA 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(cè)方法。 MDI 實(shí)現(xiàn)物理媒體和 MAU之間機(jī)械和電器接口。 CAN 總線的應(yīng)用 CAN 的第一層物理層負(fù)責(zé)物理信號(hào)傳輸、譯碼、位時(shí)序和位同步等功能，第二層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)像總線仲裁、信息分段以及數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)確認(rèn)、錯(cuò)誤檢測(cè)、信號(hào)傳輸和錯(cuò)誤控制等功能。 第 6 頁 共 46 頁 CAN 標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定應(yīng)用層。實(shí)際上，即使在執(zhí)行一些非常簡(jiǎn)單的基于 CAN 的分布式系統(tǒng)時(shí)，除了基本的二層服務(wù)以外，還要 求或希望有更多的功能，如發(fā)送長(zhǎng)于 8 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，響應(yīng)或確定數(shù)據(jù)傳送，標(biāo)識(shí)符分配，網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)或監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。由于這些附加的功能直接支持應(yīng)用進(jìn)程，所以它可以被認(rèn)作 “應(yīng)用層 ”。 本文所介紹的基于 CAN 總線的溫濕度智能儀表系統(tǒng)就是結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際對(duì) CAN 應(yīng)用層的開發(fā)。CAN 總線的第一層和第二層協(xié)議，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議一般都被封裝在具體的芯片中。即集成 CAN 總線控制器，集成 CAN 總線控制器按是否和微控制器結(jié)合分為兩類 : 一種是獨(dú)立的 CAN 總線控制器 :如 Intel 8252 82527， Philips 的 82C200、 SJAI1000， NEC 的72022， Simens 的 8lC90/91 等。 一種是和微控制器結(jié)合的芯片 :如 Philips 的 8XC592， 8XCE595， P87C591， Microchip 的PIC18F8680/6680 和 PIC18F8585/6585， Motorola 的 68HC05X 68HC05X16 等。 負(fù)責(zé)集成 CAN 總線控制器和物理傳輸線路之間的接口的器件是 CAN 總線收發(fā)器，該器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力。 CAN 總線收發(fā)器有 :Philips 的 PCA82C250、 PCA82C25高速的有TJA1040/1041/1050/1054， Microchip 的 MCP2551 等。 4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能描述 無論是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，還是日常生活中，對(duì)溫、濕度的檢測(cè)都是必不可少的，對(duì)于溫、濕度的檢測(cè)通常是采用熱敏電阻在通過 A/D（模 /數(shù)）轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，但由于信號(hào)的采集對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響很大，如果采樣精度不高，會(huì)使這個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性下降，而本系統(tǒng)將采用新一代的技術(shù)實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)任務(wù)。 本系統(tǒng)可分為多個(gè) CAN 總線發(fā)送節(jié)點(diǎn)和 CAN 總線接收節(jié)點(diǎn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)采集溫濕度信息，通過CAN 總線將數(shù)據(jù)信息傳到接收節(jié)點(diǎn)。操作者在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇不 同測(cè)試點(diǎn)，采集溫濕度信號(hào)。通過CAN 總線將接收到的溫濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過處理在手持終端的顯示屏上顯示，也可將接收節(jié)點(diǎn)將總線上的數(shù)據(jù)通過串口傳入 PC 機(jī)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析處理。 方案論證 主控芯片部分選擇 方案一：采用專用的內(nèi)嵌 CAN 控制器的處理器芯片 [1] P87C591 是一款內(nèi)嵌 的微處理器芯片，該芯片是 Philips 公司生產(chǎn)的全靜態(tài) 80C51 中央處理單元的單片機(jī)，可提供 OTP、 ROM 和無 ROM 型 。帶 6 路模擬輸入的 10 為 ADC，可選擇快速 8 位 ADC，帶兩個(gè) 8 位分辨率的脈寬調(diào)制輸出（ PWM），內(nèi)含 控制器，增強(qiáng)型 PeliCAN內(nèi)核（取自 SJA1000 獨(dú)立 控制器）， 64B 接收 FIFO， 13B 發(fā)送緩沖區(qū)。該單片功能強(qiáng)大，硬件設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，完全滿足本設(shè)計(jì)。 方案二：采用單片機(jī)和獨(dú)立的 CAN 控制器構(gòu)成本系統(tǒng) 本方案采用常用的 51 系列單片機(jī)，及由 SJA1000 CAN 控制器和 P82C250 CAN 總線接口驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成單個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)。 SJA1000 是一種獨(dú)立的 CAN 控制器，是 Philips 半導(dǎo)體公司 PCA82C200 控制器（ BasicCAN）的替代品。它增加了一種新的工作模式 （ PeliCAN），該模式支持很多新特性的CAN 協(xié)議。它內(nèi)部固化有 CANBUS 協(xié)議，能構(gòu)獨(dú)立執(zhí)行 CAN 總線協(xié)議。 P82C250 是 CAN 控制器與物理介質(zhì)之間的接口，可驅(qū)動(dòng) 110 個(gè)同樣采用 P82C250 作為總線接口的節(jié)點(diǎn)。該方案成本低，完全滿足本設(shè)計(jì)要求。 綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足具有簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)，但其開發(fā)周期較長(zhǎng)，成本較高，而且相關(guān)學(xué)習(xí)資料較少，常用編程器無法對(duì)其進(jìn)行程序燒寫；而方案二為較為常用，有很多資料可供查閱，技術(shù)更成熟，因此我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的控制核心。 傳感器選擇 方案一：采用溫濕度分立的傳感器。 可以采用 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 支持 “一線總線 ”接口，測(cè)量 第 7 頁 共 46 頁 溫度范圍為 55oC～ +125oC，在 10oC～ +85oC 范圍內(nèi)，精度為 177。 具有耐磨耐碰，體積小， 使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 采用 HS1100/HS1101 濕度傳感器 [3]。 HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容值隨著相對(duì)濕度的改變而改變。將其接入一個(gè)類似 555 電路的非穩(wěn)態(tài)多 諧振蕩器，就可以得到電容值和輸出頻率的線性關(guān)系。相對(duì)濕度在 1%～ 100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到200pF，其誤差不大于 177。2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5S；溫度系數(shù)為 。是一種非常經(jīng)典的數(shù)字式相對(duì)濕度檢測(cè)解決方案。 方案二：采用智能一體化溫濕度傳感器 [5]。 采用內(nèi)部溫濕度一體傳感器 SHT10/11。 SHT10/11