CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設計與應用

第1章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述

1.1 控制系統(tǒng)

1.2 現(xiàn)場總線技術

1.2.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

1.2.2 現(xiàn)場總線的特點

1.2.3 現(xiàn)場總線的本質

1.2.4 現(xiàn)場總線的作用

1.3 幾種有影響的現(xiàn)場總線

1.3.1 基金會總線

1.3.2 LonWorks

1.3.3 Profibus

1.3.4 HART

1.3.5 CAN

1.3.6 INTERBUS

1.3.7 CC-Link

1.3.8 P-Net

1.3.9 SwiftNet

1.3.10 AS-i

1.3.11 RS-485

1.4 CAN現(xiàn)場總線簡介

1.4.1 CAN現(xiàn)場總線特點

1.4.2 CAN現(xiàn)場總線的發(fā)展過程

1.5 小結

1.6 思考題

第2章 CAN總線概念及相關協(xié)議

2.1 CAN總線概念

2.2 CAN總線概述

2.2.1 CAN總線的相關概念

2.2.2 CAN總線的特點

2.3 報文傳輸

2.4 CAN總線幀類型

2.4.1 數(shù)據(jù)幀組成

2.4.2 遠程幀

2.4.3 錯誤幀

2.4.4 過載幀

2.4.5 幀間空間

2.5 發(fā)送器/接收器

2.6 錯誤處理

2.6.1 錯誤檢測

2.6.2 錯誤標定

2.6.3 故障界定

2.7 位定時要求

2.7.1 標稱位速率

2.7.2 標稱位時間

2.7.3 同步

2.7.4 協(xié)議修改

2.7.5 CAN的標準接口

2.8 CAN總線的拓撲結構及通信方式

2.8.1 CAN總線的網(wǎng)絡拓撲結構

2.8.2 CAN總線系統(tǒng)的通信方式

2.9 小結

2.10 思考題

第3章 控制器SJA1000與 收發(fā)器TJA1050

3.1 SJA1000介紹

3.1.1 SJA1000特點

3.1.2 總體說明

3.1.3 CAN控制模塊的說明

3.1.4 CAN控制器的詳細說明

……

第4章 SJA1000獨立CAN控制器的應用

第5章 帶有SPI接口的獨立CAN控制器MCP2510

第6章 基于MCP2510控制器開發(fā)CAN總線節(jié)點

第7章 基于32位微處理器和MCP2510實現(xiàn)多種CAN智能節(jié)點

第8章 CAN總線應用層協(xié)議

第9章 基于CAN智能節(jié)點組成控制網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用

附錄A

參考文獻

本書的立足點是基礎化、實用化、前沿性。首先重點介紹常用的SJA1000 CAN獨立控制器開發(fā)CAN總線系統(tǒng)的方法;然后用較少的篇幅介紹CAN總線的協(xié)議;接著用較大的篇幅介紹基于32位微處理器和MCP2510控制器開發(fā)CAN最小系統(tǒng)節(jié)點，以及多種CAN智能節(jié)點的方法，主要包括模擬量輸入CAN節(jié)點模塊、數(shù)字量輸入CAN節(jié)點模塊、模擬量輸出CAN節(jié)點模塊、數(shù)字量輸出CAN節(jié)點模塊，以及相關的智能CAN總線網(wǎng)關的開發(fā)方法;其次介紹了CAN應用層協(xié)議;最后介紹使用文中設計的各種CAN總線節(jié)點模塊開發(fā)實時工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的方法及步驟。

本書是國內首次介紹嵌入式領域中最常用的SPI接口CAN控制器MCP2510相關知識的書籍，填補了這一領域的空白，書中所有的CAN總線系統(tǒng)開發(fā)實例都是基于此控制器的。本書也是國內首次將32位嵌入式處理器與MCP2510結合開發(fā)CAN總線系統(tǒng)的書籍，從而將工程師從"51"時代帶入到嵌入式時代，使工程技術人員利用嵌入式系統(tǒng)更容易開發(fā)CAN總線系統(tǒng)。

本書可作為大專、本科院校自動化、機電、儀器儀表、自動控制等專業(yè)工業(yè)控制網(wǎng)絡等相關課程的教材或教學參考書，也可供從事工業(yè)控制網(wǎng)絡系統(tǒng)設計和產(chǎn)品研發(fā)的工程技術人員參考。

本書介紹了CAN現(xiàn)場總線基本概念、基本模塊的開發(fā)、上位機接口及其驅動的開發(fā)以及整個系統(tǒng)的調試，并用一個實際CAN總線控制系統(tǒng)作為實例來論述CAN現(xiàn)場總線的應用，讓有些軟硬件基礎的高年級本科生、研究生以及相關的科技開發(fā)人員通過閱讀本書，能很快地進行CAN總線系統(tǒng)(產(chǎn)品)的開發(fā)。

本書還介紹了幾款國際主流CAN總線的高層產(chǎn)品，國際學術界、技術界關于CAN總線技術的最新研究進展和CAN總線的發(fā)展前景，并用一定的篇幅介紹了我國在這個領域中的一些研究成果，讓具有一定基礎的讀者提高理論水平，在應用中設計出高性能的系統(tǒng)，啟發(fā)有興趣的讀者在理論上做更為深入的研究。

CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅動電路。ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負荷。物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點間的傳輸過程，主要是連接介質、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼/解碼、位定時和同步的實施標準。

BOSCH CAN基本上沒有對物理層進行定義，但基于CAN的ISO標準對物理層進行了定義。設計一個CAN系統(tǒng)時，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證CAN協(xié)議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求，即出現(xiàn)總線競爭時，具有較高優(yōu)先權的報文獲取總線競爭的原則，所以要求物理層必須支持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。在沒有發(fā)送顯性位時，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時，總線處于隱性狀態(tài);當有一個或多個節(jié)點發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。

在此基礎上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。從物理結構上看，CAN節(jié)點的構成如圖7-8所示。在CAN中，物理層從結構上可分為三層:分別是物理信號層(Physical Layer Signaling，PLS)、物理介質附件(Physical MediaAttachment，PMA)層和介質從屬接口(Media Dependent:Inter-face，MDI)層。其中PLS連同數(shù)據(jù)鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持CAN的微處理器內部集成了CAN控制器和收發(fā)器電路，如MC68HC908GZl6。PMA和MDI兩層有很多不同的國際或國家或行業(yè)標準，也可自行定義，比較流行的是ISOll898定義的高速CAN發(fā)送/接收器標準。

CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點不分主從，任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，通信方式靈活，利用這一特點可方便地構成多機備份系統(tǒng)，CAN只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的"調度"。 CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率5kbps以下);通信速率最高可達1Mbps(此時通信距離最長為40m)。 CAN上的節(jié)點數(shù)主要決定于總線驅動電路，目前可達110個;報文標識符可達2032種(CAN2.0A)，而擴展標準(CAN2.0B)的報文標識符幾乎不受限制。

CAN的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內容，其中邏輯鏈路控制(Logical Link control，LLC)完成過濾、過載通知和管理恢復等功能，媒體訪問控制(Medium Access control，MAC)子層完成數(shù)據(jù)打包/解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應答、串并轉換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。

此產(chǎn)品其主要功能是發(fā)動ECU通過CAN模塊連接到CAN總線，實現(xiàn)與TCU、HCU、IC等模塊的數(shù)據(jù)轉輸及數(shù)據(jù)轉換控制ECU.CAN模塊連接上水溫、油機壓力、轉速等傳感器，將傳感器數(shù)據(jù)與ECU控制時的數(shù)據(jù)發(fā)送給TCU、HCU、IC，且又把TCU、HCU的控制功能信息通過CAN模塊傳遞給ECU。