【正文】 點(diǎn)的通信能夠繼續(xù)進(jìn)行。（媒體）可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。，檢錯(cuò)效果極好，處理功能很強(qiáng)，保證了通信的高可靠性。，傳輸距離短，受干擾概率低，具有良好的檢錯(cuò)效果。其特點(diǎn)可以概括如下：，網(wǎng)絡(luò)上任一設(shè)備節(jié)點(diǎn)（以下簡稱“節(jié)點(diǎn)”）均可主動(dòng)發(fā)送報(bào)文，通信方式靈活?，F(xiàn)在，由于CAN總線自身的特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域已由汽車行業(yè)擴(kuò)展到過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。CAN總線主要是一種多主方式的串行通信總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率、高抗電磁干擾性，而且能夠幾乎檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。從現(xiàn)場總線和CAN總線的發(fā)生、發(fā)展和相關(guān)領(lǐng)域的成果及發(fā)展趨勢出發(fā)，詳細(xì)論述了現(xiàn)場總線和CAN總線的特點(diǎn) ，來說明研究的必要性，達(dá)到深化主題的目的。顯而易見，工廠自動(dòng)化用現(xiàn)場總線的任一個(gè)協(xié)議（如Profibus、CCLink、DeviceNet等），它們已安裝的節(jié)點(diǎn)數(shù)要比過程控制用現(xiàn)場總線（如FF）高整整一個(gè)數(shù)量級(jí)。近年來CAN總線技術(shù)在我國的應(yīng)用取得很大的成績, 據(jù)英國敏思管理咨詢公司（IMS）對(duì)工業(yè)通信中國市場的調(diào)查報(bào)告看，截至2008年在我國已安裝CAN現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)估計(jì)為 ，其數(shù)量可以說是夠龐大的。在廣泛的控制領(lǐng)域，CAN總線可作為現(xiàn)場設(shè)備級(jí)的現(xiàn)場總線，與其他總線相比，具有很高的可靠性和性價(jià)比。這種傳感器與計(jì)算機(jī)直接相連的總線可稱為傳感器總線。即便是這樣，在與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，必須增加A/D環(huán)節(jié)。但是，這些要求長時(shí)間未能得到很好地解決，直至CAN總線技術(shù)出現(xiàn)才提供了一個(gè)較好地解決方法。大型儀器設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，要對(duì)多種信息進(jìn)行采集、處理、控制、輸出等操作?，F(xiàn)已有400多家公司加入了CiA，CiA已經(jīng)成為全球應(yīng)用CAN技術(shù)的權(quán)威。 CAN總線的發(fā)展趨勢為了促進(jìn)CAN以及CAN協(xié)議的發(fā)展，1992年在歐洲成立了CiA（CAN in Automation）。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。CAN是20世紀(jì)80年代（1983）德國Bosch(博世)公司為解決汽車中眾多的測量控制部件之間的數(shù)據(jù)交換問題而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。CAN現(xiàn)場總線在風(fēng)險(xiǎn)分散、控制層開放、成本下降等各方面的優(yōu)越性日益突現(xiàn)，因此，本課題主要學(xué)習(xí)和研究CAN現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線的種類很多，例如以太網(wǎng)現(xiàn)場總線、RS232總線、RS485總線、CAN現(xiàn)場總線等等。它是工業(yè)數(shù)字時(shí)代的先驅(qū)，它的出現(xiàn)和發(fā)展正在引起工業(yè)控制領(lǐng)域的一場革命，它不僅僅是最底層的控制系統(tǒng)，而且還是建立于整個(gè)工業(yè)體系的通信系統(tǒng)。目前現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)互連都遵守OSI參考模型，并且以計(jì)算機(jī)、微電子、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，因此它正從根本上改變控制系統(tǒng)的理念和方法，將大大推動(dòng)工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展。當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域，潛在著巨大的商機(jī)。 現(xiàn)場總線相關(guān)文獻(xiàn)概述現(xiàn)場總線（Fieldbus）是指開放式、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、能夠相互操作、雙向傳輸、連接智能儀器和控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線的種種優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)了當(dāng)代企業(yè)生產(chǎn)的要求，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的首選。當(dāng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用后，人們對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程的控制提出了更高的要求。這是一項(xiàng)以智能傳感、計(jì)算機(jī)、控制等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)?，F(xiàn)場總線具有成本低廉、可利用現(xiàn)有的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新成果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造的特點(diǎn)，順應(yīng)了當(dāng)今時(shí)代數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向。本文從課題的研究背景、CAN總線通信協(xié)議、CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及CAN總線各個(gè)設(shè)備之間的通信等方面對(duì)CAN總線技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)CAN總線的硬件電路設(shè)計(jì)及其注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳盡介紹，并且針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了一定的分析。接收時(shí)，接收設(shè)備首先通過濾波器選擇發(fā)送信息的設(shè)備及其相關(guān)信息的選項(xiàng)，再由接收設(shè)備允許接收，最后返回相應(yīng)數(shù)據(jù)的信息。CAN技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在中國一定會(huì)擁有更加廣闊的市場前景。CAN總線在通信能力的高可靠和易用性、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢，成為業(yè)界最有前途的現(xiàn)場總線之一。這些優(yōu)點(diǎn)使CAN總線在眾多工業(yè)領(lǐng)域，尤其是汽車、航天等產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。小型CAN網(wǎng)絡(luò)硬件電路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄引 言 1第1章 緒論 2 本課題研究的背景 2 現(xiàn)場總線相關(guān)文獻(xiàn)概述 2 CAN總線概述及其發(fā)展趨勢 3 CAN總線相關(guān)知識(shí)概述 3 CAN總線的發(fā)展趨勢 3 本章小結(jié) 4第2章 CAN總線的特點(diǎn)和協(xié)議簡介 5 CAN總線的特點(diǎn) 5 CAN總線的分層結(jié)構(gòu) 6 報(bào)文的傳送及幀結(jié)構(gòu) 6 幀的格式 7 幀的類型 7 CAN總線數(shù)據(jù)仲裁和檢錯(cuò) 10 本章小結(jié) 11第3章 CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì) 12 CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)總體設(shè)計(jì)方案 12 CAN節(jié)點(diǎn)主要芯片簡介 13 STC89C52單片機(jī)簡介 13 CAN控制器SJA1000簡介 15 CAN收發(fā)器PCA82C250簡介 18 CAN節(jié)點(diǎn)主要元件硬件電路設(shè)計(jì) 19 單片機(jī)電路連接設(shè)計(jì) 19 SJA1000電路連接設(shè)計(jì) 21 PCA82C250電路連接設(shè)計(jì) 22 CAN節(jié)點(diǎn)其他模塊硬件電路設(shè)計(jì) 23 CAN節(jié)點(diǎn)內(nèi)部數(shù)據(jù)收發(fā)原理 26 CAN總線原理圖及PCB板圖設(shè)計(jì) 27 原理圖及PCB設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則 27 原理圖及PCB板圖設(shè)計(jì)的一般步驟 29 29 本章小結(jié) 30第4章 CAN總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)計(jì) 31 CAN網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間通信互聯(lián)設(shè)計(jì) 31. CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信原理 32 33第5章 CAN總線網(wǎng)絡(luò)的測試及運(yùn)行 34 CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)備測試 34 CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收發(fā)測試 34 CAN總線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行 36 本章小結(jié) 38結(jié) 論 39致 謝 40參考文獻(xiàn) 41引 言CAN總線是近年來非常流行的幾種現(xiàn)場總線之一。CAN總線主要是一種多主方式的串行總線，可以組建主從或?qū)Φ仁降目偩€通信系統(tǒng)；具有非破壞性總線仲裁技術(shù)，讓優(yōu)先級(jí)高的信息得到更加快速的處理；具有非常強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測機(jī)制，幾乎可以檢測到總線上的任何錯(cuò)誤；采用短幀結(jié)構(gòu)、位填充和CRC校驗(yàn)等措施，使傳輸具有高可靠性。CAN總線與其他現(xiàn)場總線相比具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性?，F(xiàn)在，由于CAN總線自身的特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域已由汽車行業(yè)擴(kuò)展到過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)利用串行通信技術(shù)，將合適的程序燒寫到每個(gè)設(shè)備的單片機(jī)中，單片機(jī)對(duì)該設(shè)備的CAN控制器SJAl000進(jìn)行正確初始化后，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過該設(shè)備的CAN收發(fā)器PCA82C250輸出至CAN總線上。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，所有數(shù)據(jù)都由CAN控制器SJAl000封裝打包，再按CAN的兩種模式BasicCAN 或者PeliCAN模式發(fā)送和接收，從而實(shí)現(xiàn)CAN總線通訊。第1章 緒論 本課題研究的背景現(xiàn)場總線（Fieldbus）是用于控制自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)。人們針對(duì)其他控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，在其他控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)一種適用于工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)傳感器和控制器的通信，這就是現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線是信息化帶動(dòng)工業(yè)化和工業(yè)化推動(dòng)信息化的發(fā)展的實(shí)用技術(shù)之一，在我國的發(fā)展只是近些年的事。企業(yè)和外界信息的溝通的范圍不斷的擴(kuò)大，這就需要把大量的現(xiàn)場信息送到控制中心以便人們更好地實(shí)時(shí)觀測、控制、處理相關(guān)的數(shù)據(jù)，以滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求。本課題在充分了解了現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)后認(rèn)為對(duì)于未來工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展，我們很有必要對(duì)現(xiàn)場總線進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和探究。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場總線及控制設(shè)備之間及其更高控制管理層次之間的聯(lián)系。由于現(xiàn)場總線技術(shù)不斷創(chuàng)新，和其他系統(tǒng)相比，它是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，是信息化帶動(dòng)工業(yè)化和工業(yè)化推動(dòng)信息化的實(shí)用技術(shù)，是能應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線。 現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)代工業(yè)數(shù)字通信的前沿技術(shù)，也是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的集成。由于其巨大的優(yōu)勢，現(xiàn)場總線被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢。在目前國際上現(xiàn)場總線群雄并起的局面下, 用戶應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用工程特點(diǎn)出發(fā)去選擇。 CAN總線概述及其發(fā)展趨勢 CAN總線相關(guān)知識(shí)概述 CAN(Controller Area Network,控制器局域網(wǎng))是一種高性能、高可靠、易開發(fā)且低成本的現(xiàn)場總線，也是最早在我國應(yīng)用的現(xiàn)場總線之一。CAN是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在CiA的努力推廣下，CAN技術(shù)在汽車電子控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、醫(yī)療器械、紡織機(jī)械、船舶運(yùn)輸?shù)确矫婢玫搅藦V泛的應(yīng)用。CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及它的高性能價(jià)格比決定了它在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿ΑＨ玑t(yī)療器械CT斷層掃描儀，為保證其可靠工作，在數(shù)據(jù)通信上要求功能塊間可隨意進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、通信能以廣播方式進(jìn)行、簡單經(jīng)濟(jì)的硬件接口、通信線盡量少、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高并能自動(dòng)進(jìn)行故障識(shí)別和自動(dòng)恢復(fù)。測控系統(tǒng)離不開傳感器，由于各類傳感器的工作原理不同，其最終輸出的電量形式也各不相同，為了便于系統(tǒng)連接，通常要考慮將傳感器的輸出變換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)。如果傳感器能以數(shù)字形式輸出，就可以方便的與計(jì)算機(jī)直接相連，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高精度。實(shí)際上傳感器總線仍屬于現(xiàn)場總線，關(guān)鍵的問題在于如何將總線的接口與傳感器一體化。這必將是CAN技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的一個(gè)主要方向。其中按通信協(xié)議來分：%（）、% （）、%（）、%（）。 本章小結(jié)本章從課題研究的背景出發(fā)，闡述了研究的背景和發(fā)展趨勢。第2章 CAN總線的特點(diǎn)和協(xié)議簡介 CAN總線的特點(diǎn)CAN總線與其他現(xiàn)場總線相比具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。CAN總線在通信能力的高可靠和易用性、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢，成為業(yè)界最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在中國一定會(huì)擁有更加廣闊的市場前景。，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；通過報(bào)文過濾，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)傳送、廣播等幾種數(shù)據(jù)傳送方式。CAN的每幀信息都有CRC及其他檢錯(cuò)措施，降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)概率。具有位錯(cuò)誤和位填充錯(cuò)誤檢測、CRC校驗(yàn)、報(bào)文格式檢查和應(yīng)答錯(cuò)誤檢測及相應(yīng)的錯(cuò)誤處理能力。（速率為5kbit/s及其以下）；網(wǎng)絡(luò)速度可達(dá)1Mbit/s（總線長度為10m及其以下）。目前標(biāo)準(zhǔn)格式的報(bào)文標(biāo)識(shí)符理論上可達(dá)2的11次方個(gè)，而擴(kuò)展格式的報(bào)文標(biāo)識(shí)符的個(gè)數(shù)理論上可達(dá)2的29次方個(gè)，幾乎不受限制。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的節(jié)點(diǎn)報(bào)文，可定義不同級(jí)別的優(yōu)先級(jí)，從而保證高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)報(bào)文得到優(yōu)先發(fā)送。通過采用這種機(jī)制，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，即使在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓現(xiàn)象。 CAN總線的分層結(jié)構(gòu)CAN總線遵從OSI參考模型，按照OSI基準(zhǔn)模型，CAN分層結(jié)構(gòu)定義了其中的3層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 CAN總線協(xié)議分層協(xié)議層對(duì)應(yīng)OSI模型 說明LLC數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制層，用于為鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸提供上層控制手段MAC媒體訪問控制層，用于控制仲裁、錯(cuò)誤界定等數(shù)據(jù)傳輸具體實(shí)現(xiàn)物理層物理層作用是在不同節(jié)點(diǎn)間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實(shí)際傳輸 LLC層和MAC層是CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層。在定義目標(biāo)處理時(shí)，存在許多靈活性。MAC子層不存在修改的靈活性。自然，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物理層的所有節(jié)點(diǎn)協(xié)議規(guī)范、電器屬性必須是相同的。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)不是這條報(bào)文的發(fā)送器，而且總線不空閑，則該節(jié)點(diǎn)被稱為接收器。通過報(bào)文過濾，能使相關(guān)的報(bào)文被正確的接受和處理，不相關(guān)的報(bào)文不被采用，極大地節(jié)省了節(jié)點(diǎn)的資源。具有11位標(biāo)識(shí)符的幀稱之為標(biāo)準(zhǔn)幀，而含有29位標(biāo)識(shí)符的幀稱之為擴(kuò)展幀。它們通過幀間間隔與先前的幀區(qū)分開。 數(shù)據(jù)幀由7個(gè)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(yīng)答場和幀結(jié)束。 幀間隔數(shù)據(jù)幀幀起始仲裁場控制場數(shù)據(jù)場CRC場應(yīng)答場幀結(jié)束或超載幀幀間隔 數(shù)據(jù)幀的組成 （1）幀起始：標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，是幀開始的場，由一個(gè)單獨(dú)的顯性位組成。所有單元都必須同步于首先開始發(fā)送的那個(gè)單元的幀起始前沿，即總線值從隱性變?yōu)轱@性時(shí)，產(chǎn)生的跳變沿。 幀間隔幀起始仲裁場控制場標(biāo)識(shí)符RTR位 仲裁場的組成 仲裁場是表示一個(gè)數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級(jí)的場，由標(biāo)識(shí)符（ID）和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位(RTR)組成。在標(biāo)準(zhǔn)格式中，仲裁場由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送求位RTR組成，標(biāo)識(shí)符為ID．28～I(xiàn)D．18。幀起始29位標(biāo)識(shí)符SRRIDERTR仲裁場控制場 CAN技術(shù)規(guī)范數(shù)據(jù)幀擴(kuò)展格式仲裁場(3)數(shù)據(jù)場：由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可發(fā)送0~8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，當(dāng)然數(shù)據(jù)場長度也可以為0。(4)CRC場（標(biāo)準(zhǔn)幀格式及擴(kuò)展幀格式）：是檢查幀傳輸錯(cuò)誤的場，包括CRC序列，其后是CRC界定符。是用來確認(rèn)接收的場。這個(gè)標(biāo)志序列由7個(gè)隱性位組成。