【正文】 模式及其各寄存器要進行正確的初始化。 圖 32 SJA1000管腳圖 SJA1000 的芯片引腳如圖 32 所示， 微處理器以訪問外部存儲器的方式來訪問 SJA1000。 的位速率最高可達 1Mbps。 SJA1000全面支持 ， SJA1000的主要功能還包括： 展的接收緩沖器 64字節(jié) (FIFO)。 7. 錯誤管理邏輯 (EML)負責限制傳輸層模塊的錯誤。 5. 位流處理器 (BSP)是一個在發(fā)送緩沖器、 RXFIFO和 CAN總線之間控制數(shù)據(jù)流的隊列 (序列 )發(fā)生器，它還執(zhí)行總線上的錯誤檢測、仲裁、填充和錯誤處理。 3. 發(fā)送緩沖器 (TXB)是 CPU 和位流處理器 BSP 之間的接口，能夠存儲發(fā)送到 CAN 網(wǎng)絡上的完整信息，緩沖器長 13個字節(jié)，由 CPU寫入 BSP讀出。本設計所采用的 Philips 公司的獨立 CAN控制器 SJA1000主要用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡控制，其內(nèi)部結構如圖 31所示： 圖 31 SJA1000內(nèi)部結構圖 1. 接口管理邏輯（ IML）解釋來自 CPU 的命令，控制 CAN 寄存器的尋址，向主控制器 (CPU)提供中斷信息和狀態(tài)信息。二是集成了 CAN總線通信控制器的微處理器，如 P87C591等。有關廠家推出的 CAN 控制器芯片和微處理器 (如 Philips 的 PCX82C250及其升級產(chǎn)品 )可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能，因此以上操作對 CAN 的設計者一來說是透明的，設計者主要考慮應用層的問題，只要通過相對簡單的設計和編程就可能開發(fā)出適用的 CAN總線系統(tǒng)。 以上介紹的 CAN 總線的一些概念，說明了 CAN的工作原理和為什么能形成高效率和高可靠性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的原因。標識符和 RTR位對應二進制數(shù)值最低的報文具有最高的優(yōu)先權。每段報文包括一個唯一的標識符和在報文中含描述數(shù)據(jù)類型的 RTR位。若有兩個或更多的 CAN 控制器同時開始發(fā)送，總線訪問沖突時通過仲裁場發(fā)送期間位仲裁處理方法予以解決。錯誤計數(shù)器不會增加。 間歇場期間檢測到顯性位。 超載幀 超載幀包括兩個位場 :過載標志和過載界定符。 有兩種形式的錯誤標志，一種是活動錯誤標志，另一種是認可錯誤標志。為了能正確地終止錯誤幀，一種 “ 錯誤認可 ” 的節(jié)點要求總線至少有長度為 3個位時間的總線空閑 (如果 “ 錯誤認可 ” 的接 收器有本地錯誤的話 )。 DLC的數(shù)據(jù)值是沒有意義的，它可以是 08中的任何數(shù)值，這一數(shù)值為對應數(shù)據(jù)幀的 DLC，如圖 26所示： 圖 26 遠程幀 出錯幀 出錯幀由兩個不同的場組成，如圖 27所示： 圖 27 出錯幀 第一個場由來自各站的錯誤標志疊加得到。與數(shù)據(jù)幀相反，遠程幀的 RTR位是隱性位。首先發(fā)送的是最效位。數(shù)據(jù)字節(jié)的允許使用數(shù)目為 0~8，不通用其他數(shù)值。數(shù)據(jù)長度碼 DLC 指出數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)目。其結構如圖 25所示： 圖 25 控制場 IDE位及保留位 r0；擴展格式里的控制場包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個保留位 r1和 r0。對于 ，標準格式和擴展格式的仲裁場格式不同。所有站都必須同步于首先開始發(fā)送的那個站的幀起始前沿。數(shù)據(jù)幀的結構如圖 22所示： 圖 22 數(shù)據(jù)幀 1） 幀起始 (SOF)標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，它僅由一個顯性位構成。 超載幀：超載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀 (或遠程幀 )之間提供一附加的延時。 遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀。標準幀的標識符長度為位而擴展幀的長度則為 29位。 LLC子層的主要功能是報文濾波、超載通知和恢復管理。MAC子層可響應報文幀、仲裁、應答、錯誤檢測標定。在這部分技術規(guī)范中，未定義物理層中的驅動器 /接收器特性，以便允許根據(jù)具 體應用，對發(fā)送媒體和信號電平進行優(yōu)化，使信號傳輸更加方便。 CAN技術規(guī)范 MAC子層和 LLC子層的一部分，并描述與 CAN有關的外層。 MAC 子層的功能主要是傳送規(guī)則，亦即控制幀的結構、執(zhí) 行仲裁、錯誤檢測、出錯標定和故障界定。 CAN總線的分層結構 CAN 的遵從 OSI模型，按照 OSI基準模型， CAN結構劃分為兩層 :數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路層 LLC和媒體訪問控制層 MAC。 ? CAN的每幀信息都有 CRC檢驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 ? CAN上的節(jié)點主要取決于總線驅動電路，目前可達 110個；報文標識符可 達 2032種 ()，而擴展標準 ()的報文標識符幾乎不受限制。 ? CAN總線只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。 ? CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術。其特點可概括如下： ? CAN 為多主工作方式，也就是說網(wǎng)絡上的任何一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式比較靈活，而不用站點地址等節(jié)點信息。處于優(yōu)先級低的節(jié)點會主動停止發(fā)送，以此來避免總線沖突。當節(jié)發(fā)生嚴重錯誤時， CAN可自動關閉該節(jié)點，同時切斷與總線的聯(lián)系，以使總線上其它節(jié)點不受影響，因此 CAN總線具有很強的抗干擾能力。 (2)CAN 的信號傳輸采用短幀結構，每一幀有效字節(jié)數(shù)為 8 個。采用雙絞線，通信速率最高可 達到 1 Mbps／ 40 m，直接傳輸距離 最遠可達 10 kin／ 5 kbps。其好處是可在線上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收；二是特別強化數(shù)據(jù)安全，可滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。此后， 1993年 11月 ISO正式頒布了道路交通運輸上數(shù)據(jù)信息交換一高速通信控制器局域網(wǎng) (CAN)國際標準 ISO11898，為控制器局域網(wǎng)的標準化、規(guī)范化鋪平了 道路。該技術規(guī)范包括了 A和 B兩部分。 由于 CAN總線本身的特點，其應用范圍已不再局限于汽車行業(yè)，而向機械工業(yè)、數(shù)控機床及傳感器等領域發(fā)展，因此對其通信格式的標準化提出了要求。 CAN節(jié)點的 80%應用于車輛，其余應用于嵌入式網(wǎng)絡和工業(yè)控制系統(tǒng)，如工廠控制系統(tǒng)、機器人控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、機床控制系統(tǒng)等。據(jù) 1992年成立的國際 CAN用戶和制造商非營利組織 CiA(CAN in Automation)統(tǒng)計，在 1998年銷售了 9700萬個節(jié)點。 CAN總線各節(jié)點之間依據(jù)優(yōu)先權進行總線訪問，以廣播的形式進行通信。 CAN是一種有效支持分布式控制和實時控制的總線式串行通信網(wǎng)絡，具有物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應用層三層協(xié)議。因而用 CAN 總線取代 RS485總線將是大勢所趨。如今， CANbus作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網(wǎng)絡通訊控制方式，已被廣泛應用到各個自動化控制系統(tǒng)中。 CANbus(Controller Area Network)即 控制器局域網(wǎng)是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 本課題在深入研究 CAN 現(xiàn)場總線協(xié)議后，力求能設計出符合 CAN 總線協(xié)議的現(xiàn)場智能節(jié)點模塊，能夠接收和處理現(xiàn)場信號并能將處理好的信號發(fā)送給現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場執(zhí)行器完成轉換任務。它不僅是一個基層網(wǎng)絡，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。 基于 CAN總線的單片機監(jiān)控系統(tǒng) 目錄 1 設計說明引言 2 CAN總線特點及協(xié)議介紹 CAN 總線的特點 CAN 總線的分層結構 報文傳送及幀結構 幀格式 幀類型 CAN 總線通信原理 3 CAN總線單片機監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計 SJA1000簡介 SJA在 CAN總線系統(tǒng)節(jié)點的應用 3. 2CAN總線硬件接口電路設計 設計注意事項 PAC82C250簡介 CAN 通信電路設計 CAN總線接口電路 C8051F310簡介 PAC82C250簡介 4 CAN總線 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計 5 CAN總線的單片機監(jiān)控系統(tǒng)程序設計 6 CAN總線的單片機監(jiān)控系統(tǒng) 原理圖 設計 7 總結 設計說明 引言 現(xiàn)場總線（ Fieldbus）是用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現(xiàn)場智能設備互連通訊網(wǎng)絡。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)路的基礎，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。這是一項以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等技術為主要內(nèi)容的綜合技術。本課題的最終目的是達到對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的掌握和應用，并且掌握用電子硬件開發(fā)的思路和方法，培養(yǎng)和提高個人的獨立科研及設計能力。最初CANbus被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊工具，用于在車載各電子控制裝置 ECU之間交換信息，從而形成汽車電子控制網(wǎng)絡。而且 CANbus 總線在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離等方面較 RS485 總線有著明顯的優(yōu)勢。 CAN總線（ Control Area Network,控制局域網(wǎng)絡）最初是由德國 Bosch 公司為汽車內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)而設計的，世界上一些著名的汽車制造廠商，如 BENZ , BMW , PORSCHE , ROLLSROYCE等都以采用 CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。 CAN總線專用接口芯片中以固件形式集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能：可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括：位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等多 項工作。 CAN 總線產(chǎn)品由于結構簡單、應用靈活方便、可靠性強、通信距離相對較遠、價格低廉等優(yōu)點，越來越受到工業(yè)界青睞。其中 80%安裝于歐洲。在歐洲高能物理項目 CERN中也采用了 CAN總線 。 1991年 9月 Philips Semiconductors制訂并發(fā)布了 CAN技術規(guī)范 ()。 CAN報文標準格式，而 給出了標準的和擴展的兩種格式。 CAN總線特點及 協(xié)議介紹 CAN總線的特點 CAN總線與其它通信網(wǎng)的不同之處有二：一是報文傳送中不包含目標地址，它是以全網(wǎng)廣播為基礎，各接收站根據(jù)報文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標識符來過濾報文，該收的收下，不該收的棄而不用。 CAN具有以下主要技術特性： (1)CAN遵從 ISO模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層與應用層。同一段總線內(nèi)最多可掛接 110個設備。因而傳輸時間短，受干擾的概率低。 (3)CAN可支持多主工作方式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點在任何時候均可主動向其它節(jié)點發(fā)送信息，同時也支持點點、一點對多點和全局廣播方式來接收／發(fā)送數(shù)據(jù)。 CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡，由于其采用了許多新技術及其獨特的設計，與一般的通信總線相比，C 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，因而一些世界著名的汽車廠商如 BENZ， BMW，ROLLSROYCE 等都采用 CAN 總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。 ? CAN 網(wǎng)絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實 時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在 134us內(nèi)得到傳輸。當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁的時間。 ? CAN的直接通信距離最遠可達 10km(速率 5kbps以下 )；通信速率最高可達 1 Mbps(此時通信距離最長為40m)。 ? CAN總線采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率小，具有極好的檢錯效果。 ? CAN 的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。如圖 21所示： 圖 21 CAN結構圖 LLC 子層的主要功能是：為數(shù)據(jù)傳送和遠程數(shù)據(jù)請求提供服務，確認由 LLC 子層接收的報文已被接收，并為恢復管理和通知超載提供信息。物理層的功能是有關全部電氣特性在不同節(jié)點間的實際傳送。物理層定義了信號怎樣進行發(fā)送，因而，涉及位定時、位編碼元和同步的描述。 MAC 子層子層是 CAN協(xié)議的核心，它描述由 LLC 子層接收到的報文和對 LLC 子層發(fā)送的認可報文。 MAC子層有稱為故障界定的一個管理實時監(jiān)控，它具有識別永久故障或短暫擾動的自檢機制。 報文傳送及幀結構 幀格式 規(guī)范中有兩種不同的幀格式，不同之處在于每幀的標識符的長度不同。 幀類型 CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸由以下 4個不同的幀類型所表示和控制： 數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳送到接收器。 錯誤幀：任何節(jié)點檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。數(shù)據(jù)幀和遠程幀可以使用標準幀及擴展幀兩種格式，它們用一個幀空間與前面的幀分開 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由 7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、 CRC場、應答場和幀結束。只有在總線處于空閑狀態(tài)時才允許站開始發(fā)送。 2） 仲裁場由標識符 ID和遠程發(fā)送請求位 (RTR)組成。在標準格式中，仲裁場由 11位標識符和遠程發(fā)送請求位 RTR組成，標識符為 ~，如圖 23所示： 圖 23 仲裁場 而在擴展格式中，仲裁場由 29位標識符、遠程請求 SRR位、標識位（ IDE）和遠程發(fā)送請求位(RTR)組成，標識符位為 ~，如圖 24所示： 圖 24 仲裁場 3） 控制場由 6位組成。保留位必須發(fā)送顯性位。數(shù)據(jù)長度碼為