现场总线教程第5课

2011年5月23日工业网络技术东北大学秦皇岛分校几种流行的现场总线2011年5月23日工业网络技术主要内容•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2011年5月23日工业网络技术控制器局域网•CAN通讯协议•CAN智能节点设计2011年5月23日工业网络技术CAN智能节点设计•总体结构•硬件设计•软件设计2011年5月23日工业网络技术CAN网络总体结构上位机PC节点节点1CAN接口节点NCAN接口……120Ω120ΩCANHCANL2011年5月23日工业网络技术智能小区远程自动抄表系统2011年5月23日工业网络技术CAN智能节点设计•系统总体结构•硬件设计•软件设计2011年5月23日工业网络技术硬件设计微控制器2011年5月23日工业网络技术2011年5月23日工业网络技术硬件设计ext•微控制器（单片机）•CAN控制器•CAN收发器•光耦2011年5月23日工业网络技术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。2011年5月23日工业网络技术CAN控制器ext•独立的CAN控制器：SJA1000•集成CAN的微控制器：P8xC5912011年5月23日工业网络技术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℃2011年5月23日工业网络技术SJA1000独立CAN控制器ext•SJA1000引脚•SJA1000内部结构•SJA的BasicCAN模式2011年5月23日工业网络技术SJA1000芯片引脚排列与名称2011年5月23日工业网络技术•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CPU的读信号；•WR来自CPU的写信号。SJA1000引脚描述－与微控制器相连2011年5月23日工业网络技术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。2011年5月23日工业网络技术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。2011年5月23日工业网络技术SJA1000芯片ext2011年5月23日工业网络技术SJA1000独立CAN控制器ext•SJA1000引脚•SJA1000内部结构•SJA的BasicCAN模式2011年5月23日工业网络技术SJA1000内部结构微控制器接口管理逻辑模块接收缓冲发送缓冲接收过滤2011年5月23日工业网络技术各模块功能说明•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。2011年5月23日工业网络技术各模块功能说明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。2011年5月23日工业网络技术SJA1000独立CAN控制器•SJA1000引脚•SJA1000内部结构•SJA1000的BasicCAN模式2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术SJA1000的BasicCAN模式•BasicCAN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2011年5月23日工业网络技术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。2011年5月23日工业网络技术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。2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术复位•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：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。2011年5月23日工业网络技术复位值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。2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术发送缓冲器•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。2011年5月23日工业网络技术发送缓冲器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。2011年5月23日工业网络技术发送缓冲器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。2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术接收过滤器•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。2011年5月23日工业网络技术接收过滤器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对应位的比较。2011年5月23日工业网络技术接收过滤器ext2011年5月23日工业网络技术接收过滤器实例2011年5月23日工业网络技术CAN控制器•独立的CAN控制器：SJA1000•集成CAN的微控制器：P8xC5912011年5月23日工业网络技术集成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。2011年5月23日工业网络技术硬件设计•微控制器（单片机）•CAN控制器•CAN收发器•光耦2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术差动发送与接收2011年5月23日工业网络技术82C250CAN收发器功能框图2011年5月23日工业网络技术功能描述•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。•可限制芯片的温升。•采用双线差分驱动，有助于抑制瞬变干扰。2011年5月23日工业网络技术82C250引脚功能2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术高速工作模式•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。2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术斜率控制工作模式•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。2011年5月23日工业网络技术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2011年5月23日工业网络技术待机工作模式•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。2011年5月23日工业网络技术硬件设计•微控制器（单片机）•CAN控制器•CAN收发器•光耦2011年5月23日工业网络技术高速光耦•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。