【正文】 設計原理圖與 PCB 圖 ................................................... 56 附錄 B：軟件程序清單 ........................................................................ 57 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 1 第一章 緒 論 引言 隨著網絡技術和信息技術的迅速發(fā)展，自動化領域產生了深刻的變革，并逐漸形成了網絡化、全開放、全分布的自動控制體系結構?，F場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。構建完整的控制網絡和信息網絡，不僅可實現高度靈活、高可靠性的分散控制，而 且可以實現全廠，甚至全世界范圍內的信息共享，優(yōu)化企業(yè)生產過程，實現企業(yè)的量化管理，提高企業(yè)的生產效率。同時，由于現場總線具有不可代替的優(yōu)點，與以太網相比，更適合用于控制網絡。由于不同現場總線之間沒有統一的標準、難以接入因特網等缺點，使得目前大部分企業(yè)的控制網絡和信息網絡相互獨立，甚至不 同的控制網絡之間相互獨立，不同網絡的互聯仍然是一個急需解決的問題。這就為本課題的研究提供了機遇，也是本課題研究的意義所在。這種需求推動了現 場總線技術的誕生 ， 呼喚著以現場總線為紐帶 ,以分散的智能測控設備為節(jié)點的網絡系統與控制系統的出現 ， 并對傳統模擬儀表控制系統、非開放性的 DCS系統發(fā)起了革命性的挑戰(zhàn)。在 FCS 中 ， 用戶可以根據需要 ,將遵從相同協議的不同廠家的產品集成到一個規(guī)模隨意的系統中 ,通過現場總線構筑自動化領域的開放互連系統 ,從根本上打破了 DCS 系統的封閉性?；ビ眯詣t指不同生產廠家的性能類似的設備之間可以實現相互替換。 系統結構的高度分散性 :現場總線己構成一種新的全分散性控制系統的體系結構 ， 從根本上改變了現有的 DCS 系統體系 ， 簡化了系統結構 ,提高了可靠性。 節(jié)省硬件數量與投資 ： 現場總線系統中分散在現場的智能設備能直接執(zhí)行傳感測量、補償計算與控制等功能 ,故可減少變送器的數量 ， 不再需要單獨的調節(jié)器、計算單元等 ， 也不再需要 DCS 系統的信號調理、轉換、隔離等功能單元及其復雜接線 ，還可以用工控 PC 機作為操作站 ， 從而節(jié)省了硬件投資 ， 并減少了控制室的占地面積。當需要增加現場控制設備時 ， 無需增加新的電纜 ， 可就近連接在原有的電纜上 ， 即節(jié)省了投資 ， 也減少了設計安裝的工作量。 提高了系統的準確性與可靠性 ： 現場總線設備的智能化和數字化 ， 從根本上提高了測量與控制的精度。 CAN 總線簡介 CAN（ Controller Area Network,控制器局域網）是一種高性能、高可靠性、易開發(fā)且低成本的現場總線，在全球得到廣泛應用，也是最早在我國應用的現場總線之南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 3 一。最初， CAN 作為汽車的監(jiān)測、控制系統而設計，在車載各電子控制裝置 ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網絡?，F在，由于 CAN 總線自身的特點，其應用領域已由汽車行業(yè)擴展到過程工業(yè)、機械工業(yè)、機器人和樓宇自動化等領域。全文共分為 四 章，各章的主要內容如下： 第一章扼要地介紹了現場總線以及 CAN 總線的概念、特點和相關研究背景； 第二章研究了 CAN 智能節(jié)點的硬件電路和軟件程序設計 ； 第 三 章研究了以太網 智能節(jié)點的硬件電路和軟件程序設計 ； 第 四 章總結了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。 SJA1000 具有 BasicCAN 和 PeliCAN 兩種工作方式， PeliCAN 工作方式支持具有很多新特性的 協議， SJA1000 在軟件和引腳上都是與它的前一款 PCA82C200 獨立 CAN 控制器兼容的，并在此基礎上 增加了很多新的功能。工作方式 通過時鐘分頻寄存器中的 CAN 方式位來選擇，上電復位默認工作方式是 BasicCAN 方式。 圖 SJA1000 內部結構 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 5 表 SJA1000 引腳描述 引腳名稱 引腳號 功能 AD7AD0 2， 1， 2823 地址 /數據總線 ALE/AS 3 ALE 輸入信號 （ Intel 模式 ） ， AS 輸入信號（ Motorola 模式） CS 4 片選輸入 /RDE 5 來自 CPU 的 RD 信號（ Intel 模式）或 E 使能信號（ Motorola模式） WR 6 來 自 CPU 的 WR信號 CLKOUT 7 SJA1000 產生的時鐘輸出信號 VSS1 8 邏輯電路地 XTAL1 9 外部晶振輸入 XTAL2 10 外部晶振輸出 MODE 11 模式選擇輸入：等于 1，選擇 Intel 模式；等于 0，選擇 Motorola模式 VDD3 12 輸出驅動器的 5V 電源 TX0 13 連接到物理總線 TX1 14 連接到物理總線 VSS3 15 輸出驅動的地 INT 16 中斷輸出 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 6 RST 17 復位輸入；將 RST 引腳通過電容接 VSS，通過電阻接 VDD，可實現上電復位（ C=1uF； R=50k? ） VDD2 18 輸入比較器的 5V 電源 RX0， RX1 19， 20 連接到物理總線 VSS2 21 輸入比較器地 VDD1 22 邏輯電路 5V 電源 注：如果使用無源晶振，則 XTAL1 和 XTAL2 引腳必須通過 15pF 的電容連到 VSS1。 ：發(fā)送緩存器是 CPU 和位流處理器之間的接口，能夠存儲發(fā)送到CAN 總線上的完整報文。 ：接收緩存器是接收過濾器我 CPU 之間的接口，用于存儲從 CAN總線上接收和采用的報文。在此 FIFO 的支持下， CPU 可以在處理報文的同時接受其他 報文。如果比較結果為真，則報文完整的存入接收緩存器中。它還完成 CAN 總線上的錯誤檢測、仲裁、填充和錯誤處理的功能。它同步于幀起始的從隱性到顯性電平的跳變（硬同步），并且在接收報文的過程中進行重同步（軟同步）。 ：錯誤管理邏輯負責傳送層模塊的錯誤界定，接收來自位流處理器的出錯報告，并通知位流處理器和接口管理邏輯當前的出錯狀態(tài)。實物圖見圖 。不同模式下寄存器的訪問時不同的。 PeliCAN 模式支持 協議規(guī)定的所有功能， SJA1000 復位后，默認的模式是 BasicCAN 模式。 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 8 SJA1000 的寄存器 寄存器表 SJA1000 對于微控制器而言，表現為內存映射的 I/O 設備 。 SJA1000 的地址域由控制段和報文緩存器組成（見表 ）。微控制器和 SJA1000 之間的狀態(tài)、控制和命令信號的交換都在控制段中完成。 一個報文在發(fā)送之前必須寫入發(fā)送緩存器；反之，在成功接收一個報文后，微控制器從接收緩存 器讀取報文并釋放此部分緩存，以備后用。通過將控制寄存器的復位請求位置 0， SJA1000 講進入工作模式。 表 BasicCAN 模式下的 SJA1000 內部寄存器地址分配 偏移地址 名 稱 工作模式 復位模式 讀 寫 讀 寫 0 控 制 段 控制 控制 控制 控制 1 命令 命令 2 狀態(tài) 狀態(tài) 3 中斷 中斷 4 接收碼 接收碼 5 接收屏蔽碼 接收屏蔽碼 6 總線定時 0 總線定時 0 7 總線定時 1 總線定時 1 8 輸出控制 輸出控制 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 9 9 測試 測試 測試 測試 10 發(fā) 送 緩 沖 器 ID(103) ID(103) 11 ID(20)RTR 和數據長度 ID(20)RTR 和數據長度 12 字節(jié) 1 字節(jié) 1 13 字節(jié) 2 字節(jié) 2 14 字節(jié) 3 字節(jié) 3 15 字節(jié) 4 字節(jié) 4 16 字節(jié) 5 字節(jié) 5 17 字節(jié) 6 字節(jié) 6 18 字節(jié) 7 字節(jié) 7 19 字節(jié) 8 字節(jié) 8 20 接 收 緩 沖 器 ID(103) ID(103) ID(103) ID(103) 21 ID(20)RTR 和數據長度 ID(20)RTR 和數據長度 ID(20)RTR 和數據長度 ID(20)RTR 和數據長度 22 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 1 23 字節(jié) 2 字節(jié) 2 字節(jié) 2 字節(jié) 2 24 字節(jié) 3 字節(jié) 3 字節(jié) 3 字節(jié) 3 25 字節(jié) 4 字節(jié) 4 字節(jié) 4 字節(jié) 4 26 字節(jié) 5 字節(jié) 5 字節(jié) 5 字節(jié) 5 27 字節(jié) 6 字節(jié) 6 字節(jié) 6 字節(jié) 6 28 字節(jié) 7 字節(jié) 7 字節(jié) 7 字節(jié) 7 29 字節(jié) 8 字節(jié) 8 字節(jié) 8 字節(jié) 8 30 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 10 31 時鐘分頻寄存器 時鐘分頻寄存器 時鐘分頻寄存器 時鐘分頻寄存器 BasicCAN 模式下的寄存器說明 CR，地址： 0，其各位功能如表 所示 。 表 命令寄存器各位說明 位 符號 名稱 值 功能 保留 保留 保留 GTS 睡眠 1 如果沒有未處理的 CAN 中斷和總線活動，SJA1000 進入睡眠模式 0 SJA1000 從睡眠狀態(tài)喚醒，正常工作 CDO 清除數據溢出 1 清除數據溢出狀態(tài)位 () 0 無動作 RRB 釋放接收緩沖器 1 釋放 RXFIFO 報文存儲空間中的接收緩沖器空間 0 無動作 AT 終止發(fā)送 1 如果一個發(fā)送請求尚未被處理，則被取消 0 無動作 TR 發(fā)送請求 1 報文被發(fā)送 0 無動作 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 12 SR， 地址： 2，其各位功能如表 所示 。最近一次發(fā)送請求被成功處理 0 未完成。 CPU 可以向發(fā)送緩沖器寫入報文 0 CPU 不能訪問發(fā)送緩沖器 DOS 數據溢出狀態(tài) 1 溢出。 當中斷寄存器的一位或多位被置位時， INT 引腳就被激活了。 表 中斷寄存器各位說明 位 符號 名稱 值 功能 保留 保留 保留 WUI 喚醒中斷 1 退出睡眠模式時此位被置 1 0 CPU 的任何讀訪問將清零此位 DOI 數據溢出中斷 1 當數據溢出中斷使能被置 1 時，且數據溢出狀態(tài)位 ()置 1，此位置 1 0 CPU 的任何讀訪問將清零此位 EI 出錯中斷 1 出錯中斷使能位置 1，且出錯狀態(tài)位或總線狀態(tài)位發(fā)送改變，此位置 1 0 CPU 的任何讀訪問將清零此位 TI 發(fā)送中斷 1 發(fā)送中斷使能位置 1，且發(fā)送狀態(tài)緩沖 器釋放，此位被置 1 0 CPU 的任何讀訪問將清零此位 RI 接收中斷 1 接收中斷使能位置 1，且接收緩沖器狀態(tài)為1，此位被置 1 0 CPU 的任何讀訪問將清零此位 南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 14 ，地址： 1019，發(fā)送緩沖器的全部內容見表 。它被分為描述符區(qū)和數據區(qū)。 表 發(fā)送緩沖器 偏移地址 區(qū) 名稱 位 7 6 5 4 3 2 1 0 10 描述符 標示符字節(jié) 1 11 標示符字節(jié) 2 ID,1 RTR 12 數 據 TX 數據 字節(jié) 1 13 字節(jié) 2 14 字節(jié) 3 15 字節(jié) 4 16 字節(jié) 5 17 字節(jié) 6 18 字節(jié) 7 19 字節(jié) 8 (1)標識符 (ID) 標識符只有 11 位，在仲裁過程中是最先被發(fā)送到總線上的。它在驗收濾波器中 被用到，也在仲裁過程中決定總線訪問的優(yōu)先級。 (2)遠程發(fā)送請求 (RTR) 如果 RTR 置 1，總線將以遠程幀發(fā)送數據，這意味著發(fā)送的幀中沒有數據字節(jié)。如果 RTR 位沒有被置位，數據將以數據長度碼規(guī)定的長度傳送。在遠程幀傳送時，由于 RTR 位為 1 數據南京工程學院 自動化學院本科 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 15 長度碼不被考慮。數據字節(jié)長度是 0~8 個字節(jié)，是用如下方法計算的： 數據字節(jié)數 = 8 . 3 4 . 2 2 . 1 . 0D L C D L C D L C D L C? ? ? ? ? ? 為了保持兼容性，數據長度碼不超過 8。 (4)數據區(qū) 傳送的數據字節(jié)由數據長度碼決定，最先發(fā)送的是在偏移地址 12 的字節(jié) 1 的最高位。接收緩沖器是 RXFIFO 中