【導(dǎo)讀】輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了環(huán)境，是煉鋼生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)。而結(jié)晶器是連鑄機(jī)的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)要著重研究的是結(jié)晶器振動(dòng)控制系統(tǒng)的CAN通信部分。目前應(yīng)用非常廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線起初是被用于汽車(chē)監(jiān)控和監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力，其在工業(yè)控制領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

　　

【正文】 位。發(fā)送了錯(cuò)誤標(biāo)志后，每一站就發(fā)送一個(gè)隱性位，并一直監(jiān)視總線直到檢測(cè)出一個(gè)隱性位為止。然后就開(kāi)始發(fā)送其余 7 個(gè)隱性位。 （ 4）過(guò)載幀：有 3 種過(guò)載情況：接收器的內(nèi)部原因，它需要延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀；在間歇的第 一位和第二位檢測(cè)到一個(gè)顯性位；如果 CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤界定符或過(guò)載界定符的第 8 位采樣到一個(gè)顯性位，節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一個(gè)過(guò)載幀（不是錯(cuò)誤幀）。 圖 CAN 報(bào)文過(guò)載幀 過(guò)載標(biāo)志： 6 個(gè)顯性位。 過(guò)載界定符： 8 個(gè)隱性位。過(guò)載標(biāo)志被傳送后，站就一直監(jiān)視總線，直到檢測(cè)到一個(gè)從顯性位到隱性位的跳變?yōu)橹?。然后開(kāi)始發(fā)送其余 7 個(gè)隱性位。 幀格式：有兩種不同的幀格式，不同之處為標(biāo)識(shí)符域的長(zhǎng)度不同：含有11 位標(biāo)識(shí)符的幀為標(biāo)準(zhǔn)幀，含有 29 位 標(biāo)識(shí)符的幀為擴(kuò)展幀。 的 標(biāo)準(zhǔn)幀（ 11 字節(jié)） 包括 1—3 字節(jié)信息部分 和 4—11 字節(jié)數(shù)據(jù)部分 。 如表 所示。 擴(kuò)展幀（ 13 字節(jié)） 包括 1—5 字節(jié)為信息 和 6—13 字節(jié)為數(shù)據(jù) 。 如表 所示。 在標(biāo)準(zhǔn)幀中：字節(jié) 1 為幀信息。第七位（ FF）表示幀格式，在標(biāo)準(zhǔn)幀中，F(xiàn)F=0；第六位 RTR 遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位表示幀的類型， RTR=0 表示數(shù)據(jù)幀， RTR=1表示遠(yuǎn)程幀； DLC 表示在數(shù)據(jù)幀實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。 字節(jié) 字節(jié) 3 為報(bào)文識(shí)別碼， 11 位有效。 11 位標(biāo)識(shí)符。字節(jié) 4—11 字節(jié)為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無(wú)效。 擴(kuò)展幀中： 字節(jié) 2—字節(jié) 5 為報(bào)文識(shí)別碼， 29 位有效。 表 標(biāo)準(zhǔn)幀格式 表 擴(kuò)展幀格式 位定時(shí)與同步 位定時(shí)與同步定義 CAN 總線的通信速率，下面就相關(guān)名詞作簡(jiǎn)單介紹。 標(biāo)稱位速率（ Nominal Bit Rate）：理想發(fā)送器在沒(méi)有重新同步的情況下每秒發(fā)送的位數(shù)量。 標(biāo)稱位時(shí)間（ Nominal Bit Time）：標(biāo)稱位速率的倒數(shù)?？梢园褬?biāo)稱位時(shí)間分成 幾個(gè)不重疊的片段：同步段（ SYNC_SEG）、傳播段（ PROG_SEG）、相位段 1（ PHASE_SEG1）、相位段 2（ PHASE_SEG2）。標(biāo)稱位時(shí)間的組成如圖 所示。 同 步 段 傳 播 段 相 位 段 1 相 位 段 2標(biāo) 稱 位 時(shí) 間采 樣 點(diǎn)圖 標(biāo)稱位時(shí)間的組成 （ 1）同步段（ SYNC_SEG）：用于同步總線上不同的節(jié)點(diǎn)，這一段內(nèi)要有一 個(gè)跳變沿 。 （ 2）傳播段（ PROG_SEG） 用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延時(shí)時(shí)間。它是總線上輸入比較器延時(shí)和輸出驅(qū)動(dòng)器延時(shí)總和的 2 倍。 （ 3）相位段 1（ PHASE_SEG1） 、 相位段 2（ PHASE_SEG2） ：用于補(bǔ)償邊沿階段的誤差。這兩個(gè)段可以通過(guò)重新同步加長(zhǎng)或縮短。 （ 4）采樣點(diǎn)（ Sample Point）：讀總線電平并解釋各位值的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。采樣點(diǎn)位于相位段 1 之后。 （ 5）信息處理時(shí)間（ Information Processing Time）：以一個(gè)采樣點(diǎn)座位起始的時(shí)間段。采樣點(diǎn)用于計(jì)算后續(xù)位的位電平。 （ 6）時(shí)間份額（ Time Quanta）：取自振蕩器周期的固定時(shí)間單元。時(shí)間份額的長(zhǎng)度為 時(shí)間份額 =m最小時(shí)間份額 式中： m為可編程的預(yù)比例因子，其數(shù)值范圍為 1~32 間的整數(shù)，最小時(shí)間份額為 CAN 總線振蕩器周期。 一般同步段為一個(gè)時(shí)間份額，傳播段可設(shè)置成 1~8 個(gè)時(shí)間份額，相位段 1也可設(shè)置成 1~8 個(gè)時(shí)間份額，相位段 2 位相位段 1和信息處理時(shí)間之間的最大值，信息處理時(shí)間少于或等于 2 個(gè)時(shí)間份額。一個(gè)位時(shí)間總的時(shí)間份額值可以設(shè)置在8~25 的范圍內(nèi)。 在確定一個(gè) CAN 總線的通信速率時(shí)，主要是根據(jù)上述參數(shù)而定 。 CAN 總線高層協(xié)議介紹 概述 CAN 協(xié)議是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的協(xié)議。它只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層 ， 本身并不完整 ， 有些復(fù)雜的應(yīng)用問(wèn)題需要一個(gè)更高層次的協(xié)議 —應(yīng) 用層協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如 ， CAN 數(shù)據(jù)幀一次最多只能傳送 8 字節(jié) ，它 只提供了非確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)等。 CAN 的技術(shù)特點(diǎn)允許各廠商在 CAN 協(xié)議的基礎(chǔ)上自行開(kāi)發(fā)自己的高層應(yīng)用協(xié)議 ， 給用戶提供了一個(gè)面向應(yīng)用的清晰接口。目前 ， 許多廠商都根據(jù)自己 的意圖并結(jié)合其優(yōu)勢(shì)紛紛推出基于 CAN 的總線產(chǎn)品 ， 如 DeviceNet (設(shè)備網(wǎng) ) ，CANopen , CAN Kingdom , SDS 等。它們都得到 CiA (CAN in Automation) 的支持 ， 符合 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn) ， 同時(shí)又各具特色。 DeviceNet DeviceNet 最初由 Rock well 旗下 Allen Bradly 公司研制開(kāi)發(fā) ， 為 PLC 和智能傳感器設(shè)計(jì)。憑借該公司在可編程控制器和變頻器等方面的優(yōu)勢(shì) ， DeviceNet 在 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。 DeviceNet 可以說(shuō)是最好的 CAN 協(xié)議工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ， 得到 CiA 的支持 ， 并由 ODVA (開(kāi)放設(shè)備網(wǎng)供貨商協(xié)會(huì) )負(fù)責(zé)它的進(jìn)一步發(fā)展。據(jù)世界著名的市場(chǎng)調(diào)查公司 VDC 的 “ 工業(yè)分布式遠(yuǎn)程 I/ O 的全球市場(chǎng)和用戶需求 ” 研究報(bào)告稱 ， 1999 年的市場(chǎng)份 額位居世界第二 ， 到 2020 年仍將占第三位。 DeviceNet 在 CAN 協(xié)議的基礎(chǔ)上加入了自己的應(yīng)用層協(xié)議 ， 結(jié)合了 CAN 總線的優(yōu)點(diǎn) ， 同時(shí)也滿足了更為復(fù)雜的要求。涉及的標(biāo)準(zhǔn)有 CAN 技術(shù)規(guī)范210A/B、 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)和 DeviceNet 技術(shù)規(guī)范 。 DeviceNet 采用了 CAN 物理層協(xié)議中的幾種網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速率 125kbps ( 500m) 、 250kbps ( 250m) 、500kbps(100m) ， 最多支持 64 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 DeviceNet 的數(shù)據(jù)鏈路層完全遵循 CAN 規(guī)范的定義 ， 并通過(guò) CAN 控制器芯片實(shí)現(xiàn)。 DeviceNet 使用數(shù)據(jù)幀傳送數(shù)據(jù) ， 遠(yuǎn)程幀沒(méi)有被使用 ， 超載幀和出錯(cuò)幀則用于例外情況的處理。 應(yīng)用層協(xié)議功能 DeviceNet 定義了兩種不同類型的報(bào)文 ， 稱作 I/ O 報(bào)文和顯式報(bào)文。 I/ O 報(bào)文適用于實(shí)時(shí)性要求較高的 I/ O 端子的信號(hào)輸出。 I/ O 報(bào)文通常使用優(yōu)先級(jí)高的連接標(biāo)識(shí)符 ， 通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或廣播方式進(jìn)行信息交換。連接標(biāo)識(shí)符提供了 I/ O 報(bào)文的相關(guān)信息 ， 在 I/ O 報(bào)文利用連接標(biāo)識(shí)符發(fā)送之前 ， 報(bào)文的發(fā)送和接受設(shè)備都必須先進(jìn) 行設(shè)定。顯式報(bào)文則適用于兩個(gè)設(shè)備間多用途的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)文傳遞 ， 是典型的請(qǐng)求 —— 響應(yīng)通訊方式 ， 常用于節(jié)點(diǎn)的配置、問(wèn)題診斷等。 顯示報(bào)文通常使用優(yōu)先級(jí)低的連接標(biāo)識(shí)符 ， 并且該報(bào)文的相關(guān)信息包含在顯示報(bào)文數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)場(chǎng)中 ， 包括要執(zhí)行的服務(wù)和相關(guān)對(duì)象的屬性及地址。 DeviceNet 為長(zhǎng)度大于 8 字節(jié)的報(bào)文提供了分段服務(wù)。以 I/ O 報(bào)文為例 ， I/ O 報(bào)文經(jīng)過(guò)分割形成 I/ O 報(bào)文片段時(shí) ， 數(shù)據(jù)場(chǎng)中有一位由報(bào)文分割協(xié)議使用。而長(zhǎng)度小于 8 字節(jié)的 I/ O 報(bào)文可以直接加在數(shù)據(jù)場(chǎng)中一次傳送。對(duì)于顯示報(bào)文 ，也可以進(jìn)行分段 。分段服務(wù)為設(shè)備網(wǎng)提供了更多的可擴(kuò)展性和兼容性 ， 保證了將來(lái)更加復(fù)雜、更智能化的設(shè)備可以加入到設(shè)備網(wǎng)中。 DeviceNet 采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù) ， 對(duì)象模型為管理和實(shí)現(xiàn) DeviceNet 產(chǎn)品組件的屬性 (數(shù)據(jù) ) , 服務(wù) (方法或步驟 ) 和行為提供了一個(gè)模板。對(duì)象提供了由 4 個(gè)數(shù)字組成的尋址方案。它們分別是節(jié)點(diǎn)地址 (MAC ID) , 對(duì)象類標(biāo)識(shí)符 , 實(shí)例編號(hào)和屬性編號(hào)。這四級(jí)地址與顯式報(bào)文連接相結(jié)合 , 將數(shù)據(jù)從 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上的一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)。設(shè)備網(wǎng)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和編址方式使設(shè)備網(wǎng)可以在不改變基本 的協(xié)議和連接模型的基礎(chǔ)上無(wú)限制的擴(kuò)展其能力。 DeviceNet 在應(yīng)用層信息中還增加了對(duì)設(shè)備應(yīng)用數(shù)據(jù)的描述 , 它通過(guò)定義標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備模型促進(jìn)不同廠商設(shè)備之間的互操作性。設(shè)備描述主要包括設(shè)備的各種特定數(shù)據(jù) ， 如設(shè)備類型、廠家、節(jié)點(diǎn)地址和通信速率等。屬于同一設(shè)備模型的所有設(shè)備都必須支持共同的標(biāo)識(shí)和通訊狀態(tài)數(shù)據(jù)。 DeviceNet 采用了兩種通信機(jī)制 : 非連接消息管理模式和預(yù)定義主 / 從連接模式。前者充分體現(xiàn)了 DeviceNet 的開(kāi)放性 ， 允許動(dòng)態(tài)配置設(shè)備間的連接 ， 但對(duì)微處理器的計(jì)算能力提出了很高的要求。對(duì)于不需 要使用這一功能的設(shè)備 ， 則采用后者。預(yù)定義主 /從連接的連接標(biāo)識(shí)符 , 簡(jiǎn)化了主 / 從結(jié)構(gòu)中 I/ O 和配置型數(shù)據(jù)的傳送。 CANOpen CANOpen 是基于 CAN 總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。它是由 CiA 特別興趣組使用 CAL 提供的通訊服務(wù)的一個(gè)子集進(jìn)行開(kāi)發(fā)的 ， CAL 已被 CiA 標(biāo)準(zhǔn)化。 CANOpen 甚至可以在具有低計(jì)算性能和存儲(chǔ)能力的設(shè)備中使用。 CANOpen 應(yīng)用層和通信行規(guī) (CiA DS 301 和 CiADSP302) 既支持對(duì)設(shè)備參數(shù)的直接存取 ， 也支持對(duì)時(shí)間苛求的過(guò)程數(shù)據(jù)通信。在 CANOpen 網(wǎng)絡(luò)中附加預(yù)定義對(duì)等通訊能力 ， 所有的站點(diǎn)是對(duì)等的 ， 數(shù)據(jù)交換可以直接由站 (設(shè)備 ) 之間組織。 CANOpen 支持的傳輸速率為 20 kbps、 125 kbps、 500 kbps 和 1 Mbps 。 CANOpen 設(shè)備結(jié)構(gòu)的大部分與其它總線系統(tǒng)相對(duì)應(yīng) ， 所以對(duì)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者來(lái)講很容易使用。 對(duì)于面向網(wǎng)絡(luò)的通信對(duì)象 ， 標(biāo)識(shí)符的地址分配是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要方 面。為了減少組態(tài)工作量 CANOpen 網(wǎng)絡(luò)定義了強(qiáng)制性的缺省標(biāo)識(shí)符地址分配表。地址分配表包含一個(gè)功能部分和一個(gè)模塊 ID 部分。這些標(biāo)識(shí)符在預(yù)操作狀態(tài)中是可用的 ， 通過(guò)動(dòng)態(tài)的分配還可以修改它們。 SDS SDS (Smart Distributed System) 是由 Honeywell 公司開(kāi)發(fā)的、基于 CAN 通信協(xié)議的、用于工廠自動(dòng)化的控制系統(tǒng)。通過(guò)它 ， 傳感器、執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)控制器及其它工業(yè)設(shè)備連接為一個(gè)整體。 SDS 協(xié)議結(jié)構(gòu)適用于高速、實(shí)時(shí)的分布式控制。其特點(diǎn)如 下 ： (1) 設(shè)備簡(jiǎn)捷有效地連接到主控制器 (King)； (2) 主控制器對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全權(quán)控制 , 不支持沒(méi)有主 PLC 的節(jié)點(diǎn)之間的通信； (3) 系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為 125 個(gè)； (4) 僅支 持標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 協(xié)議。 MSCAN12 模塊簡(jiǎn)介 MSCAN12 是 Motorola(摩托羅拉 )可升級(jí)控制器局域網(wǎng)（ Motorola Scalable Controller Area Network,MSCAN）在 Freescale12 系列 MCU中的具體實(shí)現(xiàn)。這個(gè)模塊是一個(gè)實(shí)現(xiàn) 。 CAN 協(xié)議不僅用于汽車(chē)的數(shù)據(jù)總線，還可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)處理、汽車(chē) EMI 環(huán)境中的可靠性操作等。圖 描述了 MSCAN12 模塊的框圖。 時(shí) 鐘選 擇預(yù) 分頻C S C A N 1 2 模 塊C A N時(shí) 鐘T q時(shí) 鐘接 收 / 發(fā) 送驅(qū) 動(dòng) 器消 息 過(guò) 濾 和緩 沖低 通 濾 波配 置 寄 存 器控 制 和 狀 態(tài)晶 振 時(shí) 鐘總 線 時(shí) 鐘發(fā) 送 中 斷 請(qǐng) 求接 收 中 斷 請(qǐng) 求錯(cuò) 誤 中 斷 請(qǐng) 求喚 醒 中 斷 請(qǐng) 求喚 醒C A N 接 收C A N 發(fā) 送 圖 MSCAN模塊框圖 MSCAN12 特性 MSCAN12 模塊符合 ；支持標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀格式；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 0~8 個(gè)字節(jié)；最大可編程位速率為 1Mb/s；支持遠(yuǎn)程幀；擁有 5 個(gè)FIFO 機(jī)制的接收緩沖區(qū)和 3 個(gè)具有局部?jī)?yōu)先級(jí)的發(fā)送緩沖區(qū)；具有靈活的標(biāo)識(shí)符驗(yàn)收模式，可配置成 2 個(gè) 32 位過(guò)濾碼、 4 個(gè) 16 位過(guò)濾碼和 8 個(gè) 8 位過(guò)濾碼；內(nèi)置低通濾波的遠(yuǎn)程喚醒功能；可編程為方便調(diào)試的自環(huán)工作模式，也可編程僅作為 CAN 總線監(jiān)聽(tīng)模式；具有隔離和中斷所有 CAN 發(fā)送和接收器錯(cuò)誤狀態(tài)的能力；可編程 MSCAN 時(shí)鐘源，可以選擇總線時(shí)鐘或者晶振時(shí)鐘；內(nèi)置時(shí)鐘模塊，用于設(shè)置接收和發(fā)送的時(shí)間戳；具有睡眠，掉電和 MSCAN 使能 3 種低功耗模式；可以全局初始化和配置寄存器。 外部引腳 MSCAN12 有 2 個(gè)外部引腳： 1 個(gè)輸入引腳（ RXCAN）和 1 個(gè)輸出引腳（ TXCAN）、 TXCAN 引腳代表了 CAN 上的邏輯電平： 0 為顯性電平； 1 為隱 性電平。 一個(gè)由 MSCAN12 模塊構(gòu)成的典型 CAN 系統(tǒng)如圖 所示。 M C UC A N 節(jié) 點(diǎn) 1C A N 控 制 器（ M S C A N 1 2 )C A NT XC A NR X收 發(fā) 器C A N H C A N L1 2 0 Ω 1 2 0 ΩC A N H C A N LC A N HC A N 節(jié) 點(diǎn) 2 C A N 節(jié) 點(diǎn) 3 圖 由 MSCAN模塊構(gòu)成的典型 CAN系統(tǒng) 報(bào)文存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) MSCAN12 設(shè)置了復(fù)雜的報(bào)文存儲(chǔ)系統(tǒng)，它有三個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)和兩級(jí)的接收隊(duì)列，可以不間斷地發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文，此外還設(shè)置了兩個(gè) 32 位的驗(yàn)收過(guò)濾器，目的是減輕