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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑现场总线CAN导读： 现场总线,canbus,can-bus,sja1000, 目 录 第1章 输入输出通道接口技术 iv 1.1 信号的隔离 iv 1.1.1 为什么需要隔离？ iv 1.1.2 隔离电源模块 v 1.1.3 数字隔离器件 v 数字量输出电路 vii 1.2.1 非隔离型数字量输出电路 vii 1.2.2 隔离数字量输出电路 vii 1.2 现场总线,canbus,can-bus,sja1000, 目 录 第1章 输入输出通道接口技术 iv 1.1 信号的隔离 iv 1.1.1 为什么需要隔离？ iv 1.1.2 隔离电源模块 v 1.1.
2、3 数字隔离器件 v 数字量输出电路 vii 1.2.1 非隔离型数字量输出电路 vii 1.2.2 隔离数字量输出电路 vii 1.2.3 继电器输出电路 viii 1.2.4 多通道数字量输出电路 ix 1.2.5 多通道隔离数字信号模块 x 数字量输入电路 x 1.3.1 非隔离数字量输入电路 xi 1.3.2 隔离数字量干节点输入电路 xi 1.3.3 隔离数字量湿节点输入电路 xii 1.3.4 干节点/湿节点二合一电路 xii 1.3.5 多通道数字量输入电路 xiii 防雷电路中的元器件 xiv 1.4.1 气体放电管 xiv 1.4.2 压敏电阻 xv 1.4.3 电压箝位型瞬
3、态抑制二极管 xv 1.4.4 PTC热敏电阻 xvi 1.4.5 保险管、熔断器与空气开关 xvi 1.4.6 电感与电阻在浪涌养护中的作用 xvii 防雷电路实例分析 xviii 1.5.1 220V AC交流电源防雷养护xviii 1.5.2 以太网防雷养护 xix 1.5.3 AI/DI输入端口防雷养护 xx 1.2 1.3 1.4 1.5 第2章 通信接口技术 xxi 2.1 RS-232串行通信接口 xxi 2.1.1 概述 xxi 2.1.2 接插件定义 xxi 2.1.3 电路设计 xxiii 2.1.4 PCB设计模范 xxviii 2.2 RS-422/485串行通信接口
4、xxviii 2.2.1 概述 xxviii 2.2.2 插接件定义 xxix 2.2.3 电路设计 xxx 2.2.4 设计留神事项 xxxiv 第3章 现场总线CAN-bus 1 3.1 概述 1 3.1.1 从“罐头说起 1 i 现场总线,canbus,can-bus,sja1000, 3.1.2 通信的层次 1 3.1.3 什么是现场总线 2 3.1.4 CAN总线简介 3 3.2 CAN-bus物理层 5 3.2.1 CAN收发器与信号电平 5 3.2.2 接插件 6 3.2.3 线与原理 6 3.2.4 同步与填充位 7 3.2.5 传输速率与距离 8 3.2.6 终端电阻 9 3
5、.2.7 物理层小结 9 3.3 CAN-bus数据链路层 9 3.3.1 CAN帧类型 9 3.3.2 数据帧 10 3.3.3 远程帧 13 3.3.4 错误帧 13 3.3.5 过载帧 15 3.3.6 帧间隔 15 3.3.7 小结 15 3.4 CAN-bus应用层 16 第4章 CAN应用模块设计 19 4.1 CAN网络及CAN节点 19 4.1.1 CAN节点硬件布局 19 4.1.2 CAN硬件驱动 19 4.1.3 应用层协议驱动 20 4.1.4 功能电路驱动 20 4.1.5 应用程序 20 第5章 CAN节点电路设计 21 5.1 5.2 CAN-bus节点电路组成
6、21 CAN操纵器和收发器电路设计 21 5.2.1 CAN操纵器SJA1000介绍 21 5.2.2 CAN收发器CTM8251简述 25 5.2.3 CAN操纵器和收发器电路设计 26 5.3 MCU电路设计 27 5.4 功能电路设计 28 5.5 MCU与CAN操纵器电路的连接 29 5.5.1 MCU和CAN操纵器的引脚连接 29 第6章 CAN操纵器驱动 31 6.1 SJA1000编程根基 31 6.1.1 MCU访问SJA1000 31 6.1.2 读写寄放器 32 6.1.3 寄放器位操作 32 6.1.4 连续读写寄放器 33 6.1.5 精确延时 34 ii 现场总线,c
7、anbus,can-bus,sja1000, 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 SJA1000硬件连接测试 35 SJA1000初始化 38 6.3.1 初始化流程 38 6.3.2 SJA1000初始化函数 39 发送CAN帧 40 6.4.1 发送流程 40 6.4.2 发送模式 41 6.4.3 SJA1000发送函数 42 6.4.4 测试例程 43 接收CAN帧 46 6.5.1 SJA1000接收报文处理流程 46 6.5.2 接收缓冲区 47 6.5.1 读取SJA1000报文流程 48 6.5.2 SJA1000接收函数 48 6.5.3 测试例程 49
8、验收滤波器 52 6.6.1 验收滤波器作用 52 6.6.2 SJA1000验收滤波器原理 52 6.6.3 SJA1000验收滤波器设置函数 54 6.6.4 测试例程 55 SJA1000中断 57 6.7.1 接收中断RI 58 6.7.2 数据溢出中断DOI 58 6.7.3 发送中断TI 58 6.7.4 状态相关中断 58 6.7.5 SJA1000中断处理流程 59 虚拟CAN驱动 59 6.8.1 虚拟CAN驱动接口 60 6.8.2 CAN报文布局 60 SJA1000寄放器定义头文件 61 附录A SJA1000寄放器定义 61 A.1 iii 现场总线,canbus,c
9、an-bus,sja1000, 第1章 输入输出通道接口技术 本章导读 ?电子技术根基模拟片面?与?电子技术根基数字片面?的教学重在深入分析电路的原理和应用电路的设计，因此对于大一学生来说，本章的教学内容那么是以如何使用根本的数字器件为主。 先将应用抓起来，以此为基点由浅入深，将难点一一分化瓦解，然后分阶段有针对性地从实践上升到繁杂的理论。当学生具备了确定的根基和兴趣之后，那么，对学生学习上述提到的三门主干课程那么是分外有扶助的。 1.1 信号的隔离 1.1.1 为什么需要隔离？ 在工业现场操纵过程中，一个典型的操纵系统包括操纵器、执行器与传感器等片面。在实际的电路中，操纵器是通过电源接口、通
10、信接 口、数字量输入输出接口和模拟量输入输出接 口与外界打交道的，由于操纵器的工作电压低、 噪声容限小，因此很轻易被外来信号干扰，从 而干扰系统的正常工作而产生误动作，甚至出 现系统崩溃现象。 1 执行器的干扰与抑制 图 1.1 执行器干扰示意图 工业操纵场合执行器好多都是大功率设备。如图 1.1所示的执行器为电机，电机启动、停 止和调速的过程都会产生大量的干扰。干扰信号进入MCU的途径分为传导和辐射。辐射干扰是环路1与环路2之间的耦合，耦合的电压直接加 在了MCU的I/O口；而传导干扰那么会通过阻抗较 低的地线进入MCU。 减小辐射干扰的的措施是减小环路1与环路2的面积。环路1的面积可以通过
11、缩短走线距离来实现，而环路2的的走线距离一般是固定不能裁减的，通过使用双绞线供电会达成良好的效果。 图 1.2 隔离驱动抑制传导干扰 减小传导干扰的措施是切断干扰信号的传导路 径，如图1.2所示使用隔离的驱动可以在根本上阻断传导干扰的信号路径，达成良好的抗干扰效果。 2 外界干扰及抑制 如图1.3所示在强电磁环境中，变电站、汽车、厂房等，外界干扰通过耦合在环路1中产生耦合电压，直接加在了MCU的引脚上。 有效减小外界干扰的手段是使用双绞线连接电路，并 图 1.3 外界干扰路径 且尽量减小传感器引线距离。这里引线距离一般处境也是 减小不了的，使用如图 1.4所示的隔离接口电路，可以特别有效的抑制
12、这种干扰。不管是差模还是共模都被有效的阻挡在隔离电路之前，在设计电路的时候留神减小环路2的面积。就可以很好的达成抗干扰目的。 iv 现场总线,canbus,can-bus,sja1000, 为降低用户设计繁杂度，降低隔离电路设计门槛，广州致远电子有限公司推出了系列的隔离接口电路，包括普遍数字接口隔离，I2C接口隔离、SPI接口隔离。 1.1.2 隔离电源模块 数字信号隔离电路包括电源隔离与信号隔离，两者缺一不成。假设仅对信号采取隔离措施，而对电源未采取隔离措施的话，那么由于电源的干扰从而也就失去了隔离的意义。隔离电源模块属于一种特殊的电子元器件，起着隔离、能量传递与电源转换的作用。 图 1.4
13、 外界干扰的抑制 常见的隔离电源模块转换效率很高85%，几乎都采 用标准的小型SIP与DIP封装，体积分外小巧，其外壳与材料符合UL94V-0标准。而且根据需要可以供给单路或多路输出，能够适用不同的输入和输出电压电压要求，因此广泛应用在RS232、RS422/485与CAN-bus等要求隔离的通信接口中，以及大功率IGBT驱动与纯数字电路等场合。 其内部电路框图如图 1.5所示，该系列模块采用双极型推挽振荡变换器输出方波，通过隔离变压器耦合到次级线圈，然后通过后级的二极管整流和电容的滤波，输出直流电压。 图 1.5 自激推挽式隔离电源原理框图 一般来说，这类隔离电源模块总 是与光电耦合器件组合
14、在一起用于通信端口与数据采集前端电源供电。主要功率在3W以内为主，不适合输入电压变化范围大的场合，其主要起到隔离养护作用。输入电压一般以5V、12、24V为主，输出电压分为3.3V、5V、9V、12V等，隔离电压分为1000V、3000V与6000V三个等级。与此同时，在选择时务必考虑确定的功率余量，从而保证电源模块工作在最大功率在70% 的满负载条件下。如图 1.6为定压隔离电源模块 实物图，该模块最常用的型号如ZY0505BLS-1W，其隔离电压为 图 1.6 电源模块实物图 1000VDC；ZY0505FKS-1W，其隔离电压为3000VDC。单路输出电 源模块详见表 1.1。 表 1.1 定压隔离电源模块常用型号1W 1.1.3 数字隔离器件 数字信号的隔离最常用的就是光电耦合器，随着科学技术的进展，电磁隔离与电容隔离器 v 现场总线,canbus,can-bus,sja1000, 件那么应运而生。目前，最常见的光电耦合器有PC817低速与6N137高速，电磁隔离技术是通过高频率调制与解调技术，将
