【正文】 六、測(cè)試報(bào)告實(shí)驗(yàn)達(dá)到了預(yù)定結(jié)果，可以將各個(gè)分布點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確發(fā)送到指定CAN節(jié)點(diǎn)。 驗(yàn)收代碼(ACR) 和驗(yàn)收屏蔽(AMR) 寄存器根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和報(bào)文標(biāo)志符來確定, 須引起注意的是: ACR位 (AC172 AC10) 和信息識(shí)別碼的高8位 ( ID1102ID13) 相等, 且與AMR 位 (AM 172 AM 10) 的相應(yīng)位相或?yàn)?, 即:[ ( ID1102ID13) ≡ (AC172 AC10) ] ∨ (AM 172 AM 10) ≡1111 1111滿足上述條件的報(bào)文才予以接收[ 3 ]。 在復(fù)位模式下, 主控制器必須配置SJA 1000控制段的寄存器。 在對(duì)SJA 1000寄存器設(shè)定前, 主控制器通過讀復(fù)位模式246。兩種接收方式編程的思路基本相同，下面僅以查詢方式接收?qǐng)?bào)文為例對(duì)接收子程序作一個(gè)說明。因?yàn)樵谔幚斫邮請(qǐng)?bào)文的過程中，同時(shí)要對(duì)諸如總線脫離、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理SJA1000報(bào)文的接收主要有兩種方式：中斷接收方式和查詢接收方式。下面以發(fā)送數(shù)據(jù)幀為例對(duì)發(fā)送子程序作一個(gè)說明 。當(dāng)然在往 SJA1000 發(fā)送緩存區(qū)送報(bào)文之前必須先作一些判斷。后文對(duì)這一點(diǎn)不再作特別說明。下面提供了SJA1000 初始化的 51 匯編源程序。初始化主要包括工作方式的設(shè)置 接收濾波方式的設(shè)置，接收屏蔽寄存器AMR 和接收代碼寄存器 ACR 的設(shè)置，波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器 IER 的設(shè)置等。下面僅就前面提到的三部分程序的設(shè)計(jì)作一個(gè)描述，以供大家在實(shí)際應(yīng)用中參考。熟悉這三部分程序的設(shè)計(jì)， 就能編寫出利用 CAN 總線進(jìn)行通信的一般應(yīng)用程序。 1040引腳“STB”一般被直接連接到微處理器輸出口, 以便于控制收發(fā)器的工作模式。 如果“SPL IT”用于共模電壓的DC 穩(wěn)壓, 這個(gè)“SPL IT”引腳要連接到分離中斷的中間分接頭。 否則會(huì)使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性和可靠性降低, 嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致無法通信。 在電路實(shí)際調(diào)試過程中須注意以下幾點(diǎn)。此外, 為使CAN 控制器和微處理器能同時(shí)可靠復(fù)位, 外加了手動(dòng)復(fù)位電路。圖4 CAN節(jié)點(diǎn)原理圖為進(jìn)一步提高抗干擾能力, 在CAN 控制器SJA 1000和驅(qū)動(dòng)器TJA 1040之間使用了高速光耦器件6N137構(gòu)成隔離電路, 傳輸介質(zhì)采用雙絞線 (或同軸電纜) 分別接至CAN 收發(fā)器TJA 1040的CANH 和CANL 引腳。 SJA 1000是獨(dú)立的CAN 通信控制器, 用于完成CAN 總線通信協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。89C51是節(jié)點(diǎn)的微處理器, 作為一個(gè)存儲(chǔ)器 I/O 映象設(shè)備, 負(fù)責(zé)對(duì)控制器SJA 1000初始化, 并控制其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)等通信任務(wù)。 CAN 總線上的節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)上的信息接收和發(fā)送站, 由于節(jié)點(diǎn)主要由單片機(jī)和可編程的CAN 通信控制器組成, 能通過編程設(shè)置工作方式、ID 地址、波特率等參數(shù), 故稱其為智能節(jié)點(diǎn)。四、硬件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單個(gè)節(jié)點(diǎn)硬件框圖如圖3所示, 由傳感器檢測(cè)的信息經(jīng)多路開關(guān)送到可編程放大器PGA 204, 根據(jù)信號(hào)大小調(diào)節(jié)放大倍數(shù)(1, 10, 100, 1 000倍) , 放大后, 經(jīng)AD574轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào), 送入微處理器中存儲(chǔ), 然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的需要, 將信號(hào)發(fā)送到CAN 總線上, 被其他節(jié)點(diǎn)或上位機(jī)接收。 這樣大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量, 從而提高了系統(tǒng)的傳輸速率, 同時(shí)又保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。 當(dāng)上位機(jī)需對(duì)某個(gè)節(jié)點(diǎn)施以控制時(shí), 可采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。 如果采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步進(jìn)行處理, 則上位機(jī)可從總線上接收數(shù)據(jù)并對(duì)其處理。 CAN 總線傳輸介質(zhì)為雙絞線或同軸電纜, 走線少、系統(tǒng)易擴(kuò)展、改型靈活, 正是由于這些其他通信方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn), 才使之成為系統(tǒng)分布比較分散的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想總線。圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 選用CAN 總線連接各節(jié)點(diǎn), 形成多主控制器的局域網(wǎng)。 控制器局域網(wǎng)CAN 屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇, 它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。處于“脫離總線”狀態(tài)的節(jié)點(diǎn) ,在監(jiān)測(cè)到總線上出現(xiàn)128次11個(gè)連續(xù)的“隱性”位 ,變?yōu)閮蓚€(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器均為0的“錯(cuò)誤一激活”節(jié)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)送計(jì)數(shù)器或接收計(jì)數(shù)器的值均小于或等于127時(shí) , “錯(cuò)誤一認(rèn)可”節(jié)點(diǎn)再次變?yōu)?“錯(cuò)誤一激活” 。為了進(jìn)行錯(cuò)誤界定 ,在總線上的每一個(gè)單元中都設(shè)有兩種計(jì)數(shù)器：發(fā)送出錯(cuò)計(jì)數(shù)器和接收出錯(cuò)計(jì)數(shù)器 ,錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的值按照一定的規(guī)則進(jìn)行修正?！板e(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)送激活錯(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)出一個(gè)認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志。這種解決總線訪問沖突的機(jī)理是基于競(jìng)爭(zhēng)的促裁 ,依據(jù)標(biāo)識(shí)符和緊隨其后的RTR位來完成。總線被釋放后 , “錯(cuò)誤一激活”節(jié)點(diǎn)可以訪問總線。對(duì)于接收器 ,若在幀結(jié)束最后一位前不存在錯(cuò)誤 ,則該幀有效。對(duì)于發(fā)送器和接收器 ,一幀的有效點(diǎn)是不同的。數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng)、錯(cuò)誤幀、超載幀為固定格式 ,不使用位填充方法編碼,幀中的位流按照非歸零方法編碼。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀以幀間空間同先前幀隔開,幀編碼和發(fā)送/接收。它們是：幀起始 、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng) 、ACK場(chǎng)和幀結(jié)束；遠(yuǎn)程幀：由6個(gè)不同的位場(chǎng)構(gòu)成：幀起始 、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng) 、ACK場(chǎng)、幀結(jié)束出錯(cuò)幀：由兩個(gè)不同的場(chǎng)構(gòu)成。物理層的功能范圍包括： 實(shí)際位傳送過程上的電氣特性。目標(biāo)層的功能范圍包括：信息識(shí)別、信息狀態(tài)及處理。(二)CAN協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議是指對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募s定 ,包括定時(shí) 、控制 、格式化和數(shù)據(jù)表示方法等等 。l 發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)送。l 全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性。l 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求。l 非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁。二是特別強(qiáng)化了對(duì)數(shù)據(jù)安全性的關(guān)注 , 滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。CAN 總線與其它通信網(wǎng)的不同之處有二:一是報(bào)文傳送中不包含目標(biāo)地址 ,它是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ) ,各接收站根據(jù)報(bào)文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標(biāo)識(shí)符過濾報(bào)文 ,該收的收下 ,不該收的棄而不用。二、 CAN總線(一)CAN總線介紹CAN 總線 (Cont roller Area Network 控制器局域網(wǎng))是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種。 用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理, 加入高級(jí)算法即可實(shí)現(xiàn)智能控制, 因而減輕了上位機(jī)的負(fù)擔(dān)。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 CAN 總線 現(xiàn)場(chǎng)總線 芯片SJA 1000 目 錄一、引言 1二、 CAN總線 1(一)CAN總線介紹 1(二)CAN協(xié)議 1三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4四、硬件設(shè)計(jì) 5五、軟件設(shè)計(jì) 6（一）初始化子程序 7（二）發(fā)送子程序 8（三）查詢方式接收子程序 10六、測(cè)試報(bào)告 12附錄 15參考文獻(xiàn) 36一、引言 信息技術(shù)的飛速發(fā)展,引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革, 形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。 試驗(yàn)表明, CAN 總線的多主結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)改型靈活, 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定, 可靠性好, 數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbit/s, 能滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)性要求?；贑AN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——CAN總線通信實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要： 以CAN (Controller Area Network) 總線控制器SJA1000為核心, 設(shè)計(jì)了一種通用的基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理、單個(gè)節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)。 重點(diǎn)闡述了CAN 總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與注意事項(xiàng)。CAN 總線的使用大大節(jié)約了連接導(dǎo)線、維護(hù)和安裝費(fèi)用, 提高了系統(tǒng)的性價(jià)比, 具有廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)場(chǎng)總線順應(yīng)這一形式發(fā)展, 已成為當(dāng)前工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中一個(gè)新熱點(diǎn), 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、智能家居、交通工具、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的基于CAN 總線的數(shù)據(jù)采集卡, 著重闡述了它的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)。 它是德國(guó)Bosch 公司在1986 年為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊總線。其好處是可在線上網(wǎng)下網(wǎng)、 即插即用和多站接收。CAN 總線具有下列主要特性:l 多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問。l 借助接收濾波的多地址幀傳送。l 配置靈活。l 錯(cuò)誤檢測(cè)和出錯(cuò)信令。l 暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離 CAN 總線。CAN是一串行通訊協(xié)議 CAN總線規(guī)范規(guī)定了任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的兼容性 ,包括電氣特性及數(shù)據(jù)解釋協(xié)議 ,為保證設(shè)計(jì)使用的透明性及使用的靈活性 ,CAN協(xié)議分為如下幾層:目標(biāo)層 、傳送層 、物理層 。傳送層的功能范圍包括： 幀組織、總線仲裁、檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告、錯(cuò)誤處理?？偩€控制器支持4種不同結(jié)構(gòu)的CAN協(xié)議幀類型：數(shù)據(jù)幀用于節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸遠(yuǎn)程幀：用于請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)幀：用于指示檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)過載幀：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)數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀、過載幀都按一定的格式進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)幀：由7個(gè)不同的位場(chǎng)構(gòu)成 ,如圖 1所示。第一個(gè)場(chǎng)由來自不同節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加給出,后隨的第二個(gè)場(chǎng)為錯(cuò)誤定界符超載幀：包括兩個(gè)位場(chǎng)、超載標(biāo)志和超載界定符。圖1 數(shù)據(jù)幀的構(gòu)成幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、序列幀段均以位填充方法進(jìn)行編碼 ,即在以送位流中檢測(cè)到5個(gè)數(shù)值相同的時(shí)候 ,自動(dòng)插人一個(gè)補(bǔ)碼位。發(fā)送時(shí)從其SOF場(chǎng)開始逐個(gè)位場(chǎng)發(fā)送。對(duì)于發(fā)送器 ,若在幀結(jié)束完成前不存在錯(cuò)誤 ,則該幀有效?？偩€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。當(dāng)許多節(jié)點(diǎn)一起開始發(fā)送時(shí) ,只有發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)的幀節(jié)點(diǎn)變?yōu)榭偩€主機(jī) ,享有對(duì)總線的控制權(quán)。錯(cuò)誤檢測(cè)：在CAN中存在5類不同的錯(cuò)誤位錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤、CRC錯(cuò)誤、形式錯(cuò)誤、應(yīng)答錯(cuò)誤、在網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn) ,根據(jù)其錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的數(shù)值,可能處于下列3種狀態(tài)之一：“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)激活錯(cuò)誤標(biāo)志?！翱偩€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)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送計(jì)數(shù)器或接收計(jì)數(shù)器的值超過127時(shí) ,則監(jiān)控器要求置相應(yīng)節(jié)點(diǎn)為“錯(cuò)誤一認(rèn)可”狀態(tài) ,送出一個(gè)激活標(biāo)志。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送計(jì)數(shù)器的值超過255時(shí) ,則監(jiān)控器要求置相應(yīng)節(jié)點(diǎn)為“脫離總線”狀態(tài)。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成, 其中數(shù)據(jù)傳輸通過CAN (Controller Area Network) 總線來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。 CAN 總線符合 ISO11898標(biāo)準(zhǔn), 最多可掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn), 采用CAN 總線特有的多主傳送方式, 各采集控制器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要, 當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí)可自主發(fā)送, 無需主機(jī)不停地輪巡, 節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量, 提高了傳輸效率。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將由現(xiàn)場(chǎng)傳感器送來的數(shù)據(jù)發(fā)送到空閑的CAN 總線上, 而總線上各節(jié)點(diǎn)通過預(yù)先設(shè)置好的驗(yàn)收碼和驗(yàn)收屏蔽碼, 來決定是否使用這個(gè)消息。 處理后的數(shù)據(jù)再送回CAN 總線, 經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊或其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制操作。 而當(dāng)它需要對(duì)所有節(jié)點(diǎn)加以控制時(shí), 則采用廣播方式將命令發(fā)送到總線。 下面以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)為例來說明單個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)思想。圖3 節(jié)點(diǎn)硬件框圖由于以AD574為A/D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集卡比較普及, 故下面重點(diǎn)闡述數(shù)據(jù)傳輸部分, 即CAN 總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。CAN節(jié)點(diǎn)原理圖如圖4所示。 在CAN 總線通信接口中, 使用PH IL IPS 公司的 SJA 1000和 TJA 1040芯片。TJA1040為高性能、高速CAN 收發(fā)器, 使用它可增大通信距離, 提高系統(tǒng)瞬間抗干擾能力, 改良系統(tǒng)的抗電磁干擾及電磁輻射性能, 保護(hù)總線, 降低射頻干擾, 實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。 同時(shí)在總線兩端CANH 和CANL 之間加上分離中斷的120 8 終端電阻, 對(duì)總線阻抗匹配起著相當(dāng)重要的作用[ 4 ]。SJA 1000的中斷輸出信號(hào)