工业网络技术第5课

2006年01月14日现场总线技术与应用东北大学秦皇岛分校控制器局域网2006年01月14日现场总线技术与应用控制器局域网•CAN通讯协议•CAN智能节点设计2006年01月14日现场总线技术与应用CAN智能节点设计•系统总体结构•硬件设计•软件设计2006年01月14日现场总线技术与应用系统总体结构PCPC节点节点1CAN接口节点NCAN接口……120Ω120ΩCANHCANL2006年01月14日现场总线技术与应用智能小区远程自动抄表系统2006年01月14日现场总线技术与应用CAN智能节点设计•系统总体结构•硬件设计•软件设计2006年01月14日现场总线技术与应用硬件设计微控制器2006年01月14日现场总线技术与应用硬件设计ext•微控制器（单片机）•CAN控制器•CAN收发器•光耦2006年01月14日现场总线技术与应用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。2006年01月14日现场总线技术与应用CAN控制器ext•独立的CAN控制器：SJA1000•集成CAN的微控制器：P8xC5912006年01月14日现场总线技术与应用SJA1000独立CAN控制器•SJA1000引脚•SJA1000内部结构•SJA的BasicCAN模式2006年01月14日现场总线技术与应用SJA1000芯片连接2006年01月14日现场总线技术与应用SJA1000芯片引脚排列与名称2006年01月14日现场总线技术与应用•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2006年01月14日现场总线技术与应用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。2006年01月14日现场总线技术与应用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。2006年01月14日现场总线技术与应用SJA1000独立CAN控制器ext•SJA1000引脚•SJA1000内部结构•SJA的BasicCAN模式2006年01月14日现场总线技术与应用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2006年01月14日现场总线技术与应用SJA1000独立CAN控制器•SJA1000引脚•SJA1000内部结构•SJA1000的BasicCAN模式2006年01月14日现场总线技术与应用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2006年01月14日现场总线技术与应用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2006年01月14日现场总线技术与应用接收过滤器•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。2006年01月14日现场总线技术与应用接收过滤器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报文的位模式。•接收屏蔽寄存器定义某些位为“无关”。AMR定义为“0”表示报文中对应位必须参与ACR对应位的比较。2006年01月14日现场总线技术与应用接收过滤器ext2006年01月14日现场总线技术与应用接收过滤器实例2006年01月14日现场总线技术与应用CAN控制器•独立的CAN控制器：SJA1000•集成CAN的微控制器2006年01月14日现场总线技术与应用集成CAN的微控制器•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。•早期产品功能没有独立的CAN控制器强。•未来的发展趋势。2006年01月14日现场总线技术与应用硬件设计•微控制器（单片机）•CAN控制器•CAN收发器•光耦2006年01月14日现场总线技术与应用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2006年01月14日现场总线技术与应用差动发送与接收2006年01月14日现场总线技术与应用82C250CAN收发器功能框图2006年01月14日现场总线技术与应用功能描述•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。2006年01月14日现场总线技术与应用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2006年01月14日现场总线技术与应用高速工作模式•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。2006年01月14日现场总线技术与应用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2006年01月14日现场总线技术与应用斜率控制工作模式•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。2006年01月14日现场总线技术与应用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2006年01月14日现场总线技术与应用待机工作模式•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来对该条件作出响应。2006年01月14日现场总线技术与应用硬件设计•微控制器（单片机）•CAN控制器•CAN收发器•光耦2006年01月14日现场总线技术与应用高速光耦•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。2006年01月14日现场总线技术与应用安全和抗干扰措施•82C250的CAN_H和CAN_L引脚各自通过一个5欧姆电阻与CAN总线相连，用于限流。•CAN_H和CAN_L与地间并联了两个30pF的小电容，可滤除总线上的高频干扰。•两根CAN总线输入端与地之间接防雷击管，通过其放电，可以起到保护作用。2006年01月14日现场总线技术与应用软件设计•初始化程序•报文发送•报文接收2006年01月14日现场总线技术与应用初始化程序2006年01月14日现场总线技术与应用初始化程序ext2006年01月14日现场总线技术与应用发送程序发送程序仅需将需要发送的数据送入SJA1000发送缓冲器，然后将命令寄存器中的发送请求标志位置位。SJA1000自动完成将数据从CAN控制器发送缓冲器发送到总线的过程。2006年01月14日现场总线技术与应用接收程序SJA1000自动完成将数据从总线上接收到CAN接收缓冲器的过程。接收过滤器判断所接收报文正确后，自动保存在接收缓冲器内。CPU通过读操作将数据保存到本地存储器以释放接收缓冲器，并对数据进行相应处理。