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1、 东北大学秦皇岛分校 几种流行的现场总线 主要内容 通用串行端口数据通信 EIA 232 D接口标准 EIA 485 D接口标准控制器局域网基金会现场总线Profibus现场总线 控制器局域网 CAN通讯协议CAN智能节点设计 CAN智能节点设计 总体结构硬件设计软件设计 CAN网络总体结构 智能小区远程自动抄表系统 CAN智能节点设计 系统总体结构硬件设计软件设计 硬件设计 微控制器 硬件设计ext 微控制器 单片机 CAN控制器CAN收发器光耦 CAN控制器 以一块可编程芯片来实现CAN协议中规定的部分物理层和全部数据链路层功能 作为微控制器和CAN收发器的接口 CAN控制器ext 独立的
2、CAN控制器 SJA1000集成CAN的微控制器 P8xC591 SJA1000独立CAN控制器 扩展的接收缓冲器为64B 先进先出 FIFO 与CAN2 0协议兼容同时支持11bit CAN2 0A 和29bit CAN2 0B 标识符位速率可以达到1Mbps对微控制器的类型没有限制温度适应范围为 40 125 SJA1000独立CAN控制器ext SJA1000引脚SJA1000内部结构SJA的BasicCAN模式 SJA1000芯片引脚排列与名称 AD7 AD0地址 数据复用总线 ALEALE 地址锁存允许 输入信号 CS片选信号 低电平允许访问SJA1000 INT中断输出 RD来自C
3、PU的读信号 WR来自CPU的写信号 SJA1000引脚描述 与微控制器相连 SJA1000引脚描述 与收发器相连 TX0 TX1从输出驱动器输出到物理线路上 RX0 RX1从CAN总线到SJA1000输入比较器 SJA1000引脚描述 其他重要引脚 RST复位输入 低电平有效 MODE选择Intel模式或Motorola模式 XTAL1 XTAL2外部时钟振荡电路 SJA1000芯片ext SJA1000独立CAN控制器ext SJA1000引脚SJA1000内部结构SJA的BasicCAN模式 SJA1000内部结构 各模块功能说明 接口管理逻辑 解释来自MCU的命令 控制SJA1000的
4、内部寻址 向MCU提供中断信息和状态信息 发送缓冲器 存储发送的CAN总线上的完整报文 缓冲器长13个字节 由MCU写入 接收缓冲器 用于存储从CAN总线上接收并采用的报文 各模块功能说明ext 接收过滤器 将接收到的标识符与接收过滤寄存器的内容进行比较 以确定是否接收整个报文 SJA1000独立CAN控制器 SJA1000引脚SJA1000内部结构SJA1000的BasicCAN模式 SJA1000的两种模式 执行CAN2 0A协议 BasicCAN模式执行CAN2 0B协议 PeliCAN模式 DeviceNet协议基于BasicCAN模式 SJA1000的BasicCAN模式 Basic
5、CAN模式下的地址分配复位值发送缓冲器接收缓冲器接收过滤器 BasicCAN模式下的地址分配 SJA1000的地址区域由控制段和报文缓冲段组成 SJA1000有复位和工作两种寄存器访问模式 BasicCAN模式下的地址分配ext 控制段 CPU与SJA1000间的状态 控制和命令的交换 包括 控制寄存器 命令寄存器 状态寄存器和中断寄存器 报文缓冲段 分为发送缓冲器和接收缓冲器 SJA的BasicCAN模式 BasicCAN模式下的地址分配复位发送缓冲器接收过滤器 复位 硬件复位 在芯片的复位脚 RST 上提供一定宽度的低电平 硬件复位需要足够的时间才能使控制寄存器中复位请求位置1 软件复位
6、通过编程设置CR 0 复位请求位 为1 或由脱离总线而引起的复位 复位值ext SJA1000检测到复位请求位为1后 将中止当前报文的接收 发送而进入复位模式 复位模式多用于CAN节点的初始化设置 当复位请求位从1变为0 SJA1000返回到工作模式 SJA的BasicCAN模式 BasicCAN模式下的地址分配复位值发送缓冲器接收过滤器 发送缓冲器 发送缓冲器用于存储来自CPU的将要发送的报文 分为描述符区和数据区 发送缓冲器的读 写只能在SJA1000处于工作模式时由CPU完成 发送缓冲器ext 1 标识符ID用于总线仲裁和接收过滤 2 远程发送请求RTR确定通过总线发送的是远程帧或数据帧
7、 发送缓冲器ext 3 数据长度码DLC决定了报文数据域中的字节数 4 数据区存储即将发送的数据 接收缓冲器与发送缓冲器结构相同 SJA的BasicCAN模式 BasicCAN模式下的地址分配复位值发送缓冲器接收过滤器 接收过滤器 大多数应用中SJA1000与MCU间通过中断的方式交换数据 只有当接收报文的标识符与接收过滤器中标识符预设值相同时 CAN控制器才允许将已接收报文传送到RXFIFO接收缓冲区中 接收过滤器ext 包括接收码寄存器ACR和接收屏蔽寄存器AMR 接收码寄存器定义要接收数据帧的位模式 接收屏蔽寄存器定义某些位为 无关 AMR定义为 0 表示数据帧中对应位必须参与ACR对应
8、位的比较 接收过滤器ext 接收过滤器实例 CAN控制器 独立的CAN控制器 SJA1000集成CAN的微控制器 P8xC591 集成CAN的微控制器 P8xC591 独立CAN控制器必须外接微控制器 采用集成CAN控制器的单片机 简化了硬件设计 提高了系统可靠性 但功能不如独立的CAN控制器 硬件设计 微控制器 单片机 CAN控制器CAN收发器光耦 82C250CAN收发器 提供了CAN控制器和物理传输线路之间的接口提供对总线的差分驱动发送和接收功能 差动发送与接收 82C250CAN收发器功能框图 功能描述 82C250驱动电路具有限流电路 可防止发送输出级对电源 地或负载短路 可限制芯片
9、的温升 采用双线差分驱动 有助于抑制瞬变干扰 82C250引脚功能 82C250的工作模式 高速工作模式斜率控制工作模式待机工作模式 高速工作模式 对应较高的总线速度或长度 发送器的输出级晶体管尽可能快的导通或截止 建议采用屏蔽电缆 避免出现射频干扰问题 不采用任何措施限制上升和下降的斜率 将引脚8Rs接地 82C250的工作模式 高速工作模式斜率控制工作模式待机工作模式 斜率控制工作模式 对于较低速度或较短的总线长度 可采用斜率控制工作模式 上升和下降的斜率可以通过引脚8至地连接的电阻进行控制 斜率正比于引脚8上的电流输出 可采用非屏蔽双绞线 82C250的工作模式 高速工作模式斜率控制工作模式待机工作模式 待机工作模式 如果引脚8接高电平 则电路进入低电平待机模式 发送器被关闭 接收器转至低电流 如果检测到显性位 微控制器将通过引脚8将驱动器变为正常工作状态对该条件作出响应 硬件设计 微控制器 单片机 CAN控制器CAN收发器光耦 高速光耦 CAN控制器与CAN收发器间的接口 实现两者的电气隔离 光耦部分电路所采用的两个电源必须完全隔离 采用光耦会造成传输延迟 因此光耦速度必须满足通信速率
