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1、南京工程学院 自动化学院 本科毕业设计（论文）题目： 以太网与CAN总线通讯接口技术研究 专 业： 自动化（数控技术） Graduation Design (Thesis)Ethernet and CAN bus communications technologyresearch南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）摘 要控制器局域网络(CAN)是一种能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，具有高性能和高可靠性的特点，现已经形成国际标准。但CAN总线也具有其局限性,那就是难以接入因特网。如果能够把现场总线与以太网连接，那么这些问题都将得以解决，同时，由于以太网能够方便的接入因特网，控
2、制信息也将可以方便快速地传送到世界上任何一个地方。本文在对以太网及CAN总线通讯协议进行深入分析的基础上，对以太网与CAN总线接口技术进行研究，以AT89S51单片机为核心处理器，以Keil Uvision2为软件开发，编写工具，以太网接口电路模块采用以太网控制器RTL8019AS芯片来实现单片机收发以太网上的数据，CAN总线接口电路模块采用CAN总线控制器SJA1000芯片来实现单片机收发CAN总线上的数据，进而实现了CAN总线接入以太网的功能。关键字：以太网；CAN总线；网关；接口ABSTRACTController Area Network (CAN) is an effective c
3、ontrol or support distributed real-time control of serial communication network with high performance and high reliability, and now has become an international standard. But CAN bus also has its limitations, it is difficult to access the Internet. If you can put a fieldbus and Ethernet connection, t
4、hen these problems will be solved, and because Ethernet can easily access the Internet, the control information will also be quickly and easily transferred to any place in the world.Based on the Ethernet and CAN bus communication protocol in-depth analysis, Ethernet and CAN bus interface technology
5、research to AT89S51 microcontroller core processor, with Keil Uvision2 for software developers, authoring tools, Ethernet interface circuit module using Ethernet controller RTL8019AS chip microcontroller to send and receive data over Ethernet, CAN bus interface circuit module using CAN bus controlle
6、r SJA1000 chip to achieve single-chip transceiver CAN data bus, thus achieving a CAN bus Ethernet access capabilities .Key words: Ethernet; CAN bus; Gateway; Interface目 录第一章 绪 论11.1 引言11.2 选题的背景与意义11.3研究现状11.3.1 现场总线控制系统的优点21.3.2 CAN总线简介21.4 本文的结构3第二章 CAN总线智能节点设计42.1 CAN控制器SJA1000功能简介42.2 CAN控制器SJA1
7、000的基本结构42.2.1 SJA1000内部功能模块说明62.2.2 SJA1000引脚图和工作模式72.3 SJA1000的寄存器82.3.1 寄存器表82.3.2 BasicCAN模式下的寄存器说明102.4 CAN节点硬件系统的设计182.4.1 SJA1000与单片机的连接182.4.2 PCA82C250外围电路192.4.3 电源电路202.4.4 单片机地址译码电路202.5 SJA1000的重要寄存器212.5.1 控制SJA1000基本功能的寄存器212.5.2 发送缓冲器和接收缓冲器222.6 SJA1000的验收滤波器原理232.6.1 单滤波232.6.2 双滤波2
8、42.7 CAN控制器中位定时参数设置的一般方法242.8 CAN通信协议的制定252.9 CAN节点软件系统的设计262.9.1 CAN节点的软件结构262.9.2 建立CAN通信的步骤和流程262.9.3 SJA1000初始化程序的设计方法272.9.4 读写SJA1000寄存器282.9.5 SJA1000数据接收程序设计方法292.9.6 SJA1000数据发送程序设计方法30第三章 以太网总线智能节点设计323.1 以太网控制器RTL8019AS功能简介323.2 以太网控制器RTL8019AS的基本结构323.2.1 RTL8019AS内部结构说明343.2.2 RTL8019AS
9、引脚图及部分管脚设置343.3 RTL8019AS寄存器373.3.1 RTL8019AS寄存器表373.3.2 寄存器功能说明383.4 以太网节点硬件系统的设计433.4.1 RTL8019AS与单片机的连接433.4.2 地址锁存器74LS373453.4.3 以太网接口463.5 以太网节点软件系统的设计463.5.1 复位RTL8019AS463.5.2 RTL8019AS寄存器的读写473.5.3 RTL8019AS RAM的操作473.5.4 RTL8019AS的初始化483.5.5 RTL8019AS的数据接收程序设计方法493.5.6 RTL8019AS的数据发送程序设计方法
10、51第四章 结 论524.1论文总结524.2 感想53致 谢54参 考 文 献55附录A：硬件设计原理图与PCB图56附录B：软件程序清单57II第一章 绪 论1.1 引言随着网络技术和信息技术的迅速发展，自动化领域产生了深刻的变革，并逐渐形成了网络化、全开放、全分布的自动控制体系结构。而现场总线正是这场深刻变革中的重要技术。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它的关键是把网络化、信息化的概念彻底引入到控制领域和工厂的控制中。构建完整的控制网络和信息网络，不仅可实现高度灵活、高可靠性的分散控制，而且可以实现全厂，甚至全世界范围内的信息共享，优化企业
11、生产过程，实现企业的量化管理，提高企业的生产效率。1.2 选题的背景与意义当今的以太网技术虽然有其优势，但要直接用于工业控制，仍然面临一些未解决的问题。同时，由于现场总线具有不可代替的优点，与以太网相比，更适合用于控制网络。因此，工业企业中，一般把现场总线用于车间、生产现场等生产第一线，作为控制网络，而以太网主要应用于企业管理层和生产监控层。由于不同现场总线之间没有统一的标准、难以接入因特网等缺点，使得目前大部分企业的控制网络和信息网络相互独立，甚至不同的控制网络之间相互独立，不同网络的互联仍然是一个急需解决的问题。如果能够把现场总线与以太网连接，那么这些问题都将得以解决，同时，由于以太网能够
12、方便的接入因特网，控制信息也将可以方便快速地传送到世界上任何一个地方。这就为本课题的研究提供了机遇，也是本课题研究的意义所在。1.3研究现状现代化的发展使人们对生产过程的性能控制提出了更高的要求，这使得企业管理者、工程师需要获取更多的来自现场的信息，从而实现从现场控制到监控、管理、决策、商务等各个层次的信息交换与集成，以提高生产效率和市场竞争力。这种需求推动了现场总线技术的诞生，呼唤着以现场总线为纽带,以分散的智能测控设备为节点的网络系统与控制系统的出现，并对传统模拟仪表控制系统、非开放性的DCS系统发起了革命性的挑战。1.3.1 现场总线控制系统的优点系统的开放性:开放系统是指通信协议公开，
13、各不同厂家的设备之间可互连为系统而实现一致通信与信息交换。在FCS中，用户可以根据需要,将遵从相同协议的不同厂家的产品集成到一个规模随意的系统中,通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统,从根本上打破了DCS系统的封闭性。互可操作性与互用性:互可操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传递与沟通;互用性则指不同生产厂家的性能类似的设备之间可以实现相互替换。现场设备的智能化与功能自治性:现场总线系统将传感测量、补偿计算与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。系统结构的高度分散性:现场总线己构成一种新的全分散性控制系统的体系结构，从根本上
14、改变了现有的DCS系统体系，简化了系统结构,提高了可靠性。对现场环境的适应性：工作在生产现场，作为工厂网络底层的现场总线,是专为现场环境设计的,可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等,具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信,并可满足安全防爆要求。节省硬件数量与投资：现场总线系统中分散在现场的智能设备能直接执行传感测量、补偿计算与控制等功能,故可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了硬件投资，并减少了控制室的占地面积。节省安装、维护费用：现场总线系统的接
15、线十分简单，一对双绞线或一条电缆上可以挂接多台设备,故可节省大量的电缆、端子、槽盒、桥架，而连线设计与接头校对的工作量也可大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增加新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，即节省了投资，也减少了设计安装的工作量。由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行、诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护时间，减少了维护的工作量。提高了系统的准确性与可靠性：现场总线设备的智能化和数字化，从根本上提高了测量与控制的精度。同时，由于系统的结构简化，设备与连线的减少，现场仪表内部功能的加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的可靠性。1.3.2 CAN总线简介CAN（Controller Area Network,控制器局域网）是一种高性能、高可靠性、易开发且
