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1、河南机电高等专科学校现场总线技术综合实训课程报告专业班级： 计算机控制技术 102 班 姓 名： 张东丹 学 号： 101413236 成 绩： 指导老师： 张士磊 2012 年 12 月 29 日现场总线技术课程设计1目录一、引言 .2二、CAN 总线简介 .22.1 CAN 总线的特点 .22.2 CAN 总线通信系统拓扑结构 .32.3 单片机最小系统 .4三、CAN 控制器 SJA1000.63.1 CAN 控制器的作用 .63.2. SJA1000 简介 .6四、节点的硬件介绍 .104.1 节点结构框图 .104.2 CAN 总线接口控制电路设计 .10五、结束语 .12现场总线技
2、术课程设计2一、引言本次设计介绍一种基于 CAN 总线控制器 SJA1000 的总线节点模块，包括SJA1000 的部分重要寄存器的功能介绍，以及软件编程的实现。随着 CAN 总线技术的发展，CAN 总线系统在工业控制领域扮演着非常重要的角色。CAN 节点是构成 CAN 总线系统基本单元，因此，掌握 CAN 节点的设计十分重要。特点：1. 可实现任意单片模块的互相通信，由于 SJA1000 兼容 5V 和 3.3V 的逻辑电平，且供电电压也为 3.3V5.6V，因而可以使基于逻辑供电 5V 和 3.3V的系统能够很容易的挂在 CAN 总线网络上，解决模块之间的电平不兼容问题。 2. 总线控制器
3、宇驱动器之间利用 6N137 高速光耦隔离技术，使得网络上的各个模块与总线本身完全隔离，保证了总线的安全性，也保证了各模块之间的独立性。当总线网络中含有大负载驱动时这点表现的尤为重要。二、CAN 总线简介2.1 CAN 总线的特点 CAN(Controller Area Network 局域控制网) 总线由 Bosch、Benz 研究试验，于 1986 年 2 月正式提出，至 1993 年 11 月 Bosch CAN2.0 成为国际标准(ISO11898)。 2000 年 CAN 总线芯片年度销售超过 1 亿片，欧产轿车都至少装配一条 CAN 总线网络。目前 CAN 总线的应用已从汽车、火车
4、、轮船迅速扩展到机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械、家用电器及传感器等领域。其被公认为是最有前途的现场总线之一。由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN 总线与一般的通讯总线相比，它的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括如下： CAN 是到目前为止唯一有国际标准的现场总线。现场总线技术课程设计3 CAN 为多主方式工作，网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从。 在报文标识符上，CAN 上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时需要，优先级高的数据最多可在 134s 内得到传输。 CAN 采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同
5、时向总线发送信息发生冲突时，优先级较低的节点会主动的退出发送，而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况（以太网则可能） 。 CAN 节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。 CAN 的直接通信距离最远可达 10km（速率 5kbps 以下） ；通信速率最高可达 1Mbps（此时通信距离最长为 40m） 。 CAN 上的节点数取决于总线驱动电路，目前可达 110 个。在标准帧报文标识符有 11 位，而在扩展帧的报文标识符（29 位）的个数几乎不受限制。 报
6、文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。 CAN 的每帧信息都有 CRC 校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。 CAN 通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。2.2 CAN 总线通信系统拓扑结构CAN 在物理结构上属于总线式通信网络。系统的组成如下图：现场总线技术课程设计4图 1、 CAN 总线系统结构图 该系统由上位监控 PC 机、智能节点和现场设备三部分组成。上位监控 PC机主要负责对系统数据的接受与管理、控制命令的发送以及各控制单元动态参数和设备状态的实时显示；智能
7、节点可以使现场设备方便地连接到 CAN 总线上，主要负责对现场的环境参数和设备状态进行监测，对采集来的数据进行打包处理并将处理古的数字信号通过 CAN 通信控制器 SJA1000 发送到 CAN 总线。智能节点的设计和选择，对通信信号的传输发送有很的影响，系统中的数据传送和接收，都是通过 CAN 总线接口实现。CAN 总线接口电路的设计，对 CAN总线很是重要。本文正是基于此，对 CAN 总线接口电路进行设计分析，给出一种设计方案。目前广泛流行的 CAN 总线器件有两大类：一类是独立的 CAN 控制器，如82C200、SJA1000 及 Intel82526/82527 等，另一类是带有在片
8、CAN 的微控制器，如 P8XC582 及 16 位微控制器 87C196CA/CB 等。本课题选取 PHILIPS 公司的SJA1000 CAN 控制器以及 82C250 总线收发器，主要是考虑到 SJA1000 支持CAN 2.0A/B 规约。而 82C250 可以支持 110 个 CAN 节点，并且国内市场上PHILIPS 的产品型号比较多，购买比较方便。在本次设计中，接口电路简单表示如下图：现场总线技术课程设计5图2、 接口电路总体框图 2.3 单片机最小系统 本设计中，应用到单片机为 ATMEL 公司 51 系列的 89C51，该型号的单片机应用广泛，技术成熟，市场上价格便宜，而且在
9、学习中所学到的多为该型号，在本次设计中是首选的芯片。89C51 单片机作为系统的核心控制部分，但在本设计中不是重点讲解内容，其相关技术应用和引脚特点功能等，可参照其他相关资料。设计的电路原理方框大致如下图所示。设计中为避免出现时钟信号的冲突，对单片机的外接晶振引脚XTAL1、XTAL2 不接上外围电路，而是通过控制器 SJA1000 的时钟信号脚反馈给单片机。同时，对单片机的复位信号处理，RST 引脚接上 X5045P 的 RST脚，复位信号可由 X5045P 输出，在 X5045P 芯片看门狗外围电路的作用下，减少了以往由电阻、电容组成的简易复位电路造成的不精确、延时高等不良作用，使单片机回
10、复到初始状态，完成复位操作。由于在该电路中要用到单片机的存储作用，存储由 SJA1000 传输过来的处理数据。因此，脚/EA 接上高电平，选用片内 ROM。对 ALE 脚，也即地址锁存有效信号除数端是和控制器 SJA1000的 ALE 脚接通。现场总线技术课程设计6图 3、单片机最小系统三、CAN 控制器 SJA10003.1 CAN 控制器的作用CAN 就是总线型结构的一种适合工业现场自动控制的计算机局域网络。在网络的层次结构中，数据链路层和物理层是保证通信质量至关重要、不可缺少的部分，也是网络协议中最复杂的部分。CAN 控制器就是扮演这个角色，它是以一片可编程芯片上的逻辑电路组合来实现这些
11、功能，对外它提供了与微处理器的物理线路接口。通过对它的编程，CPU 可以设置它的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送和接收，把应用层建立在它的基础上。SJA1000 便是一块最常用的 CAN 总线控制器。现场总线技术课程设计73.2. SJA1000 简介1）JA1000 的内部结构及管脚定义下图为 SJA1000 的引脚图：图 4、SJA1000 的引脚图SJA1000 具有 28 个引脚，下面对部分引脚进行介绍。MODE：模式选择输入，1（高电平）=Intel 模式；0（低电平）=Motorola 模式。TX0、 TX1：从 CAN 输出驱动器 0，1 输出到物理总线上。RX0、RX
12、1 ：从物理 CAN 总线输入到 SJA1000 的输入比较器。INT：中断输出，用于中断微控制器。INT 在内部中断寄存器各位都置位时，低电平有效。CLKOUT：SJA1000 产生的提供给微控制器的时钟输出信号，时钟信号来源于内部振荡器且通过编程驱动，时钟控制寄存器的时钟关闭位可禁止该引脚。SJA1000 的其他引脚分别为：AD0AD7，数据/地址复用总线；ALE/AS，Intel 模式/Motorola 模式的地址锁存信号；现场总线技术课程设计8RD/E、WR，读写控制信号；CS 片选信号输入，低电平有效；XTAL1，输入到振荡器放大电路，外部振荡信号由此输入；XTAL2 振荡器放大电路
13、的输出，使用外部振荡信号时左开路输出；VDD1、VDD2、VDD3，5V 电压端；VSS1、VSS2、VSS3，与上述电压端相对的接地端。2）重要寄存器要编写 CAN 总线通讯程序，只要了解 CAN 总线协议，熟悉 SJA1000寄存器的配置，就可以完成 CAN 总线通讯。所以我们首先必须要详细了解SJA1000 的寄存器。（1）SJA1000 的两个工作模式（ Basic 和 Peli）所使用的寄存器数目不同，功能也不尽相同。Basic CAN 有从 0-31 共 32 个寄存器可用， Peli CAN 有从0-127 共 128 个寄存器可用。要实现 CAN 通讯，主要就是怎么配置这些寄存器。（2）要掌握的重要寄存器：模式寄存器；命令寄存器；状态寄存器；中断寄存器；中断使能寄存器；总线定时器 0，总线定时器 1；输出控制寄存器；时钟分频寄存器；屏蔽寄存器 0-3；验收代
