CAN總線(xiàn)研究及應用

摘 要：CAN總線(xiàn)可以滿(mǎn)足許多工業(yè)監控系統的要求。本文介紹了CAN的結構，網(wǎng)絡(luò )協(xié)議及控制器的使用。
　　關(guān)鍵詞：現場(chǎng)總線(xiàn)；CAN；網(wǎng)絡(luò )
　　一、引言
　　在計算機數據傳輸領(lǐng)域內，長(cháng)期以來(lái)使用RS-232和CCITTV.24通信標準，盡管它們被廣泛地使用，但卻是一種低數據速率和點(diǎn)對點(diǎn)的數據傳輸標準，無(wú)能力支持更高層次的計算機之間的功能操作。同時(shí)，在復雜或大規模的應用（如工業(yè)現場(chǎng)或生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域）中需采用傳統星型拓撲結構，那么安裝成本和介質(zhì)造價(jià)都將非常高昂；采用流行的LAN組件及環(huán)型或總線(xiàn)型拓撲結構，雖然可以減少電纜長(cháng)度，但是增加的LAN介質(zhì)及相關(guān)硬件和軟件又使其系統造價(jià)與星型系統相差無(wú)幾。所以在最低層次上的確需要設計出一種造價(jià)低廉而又能經(jīng)受工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境的通信系統，現場(chǎng)總線(xiàn)（Field bus）就是在這種背景下產(chǎn)生的。
　　二、CAN總線(xiàn)
　　控制器局部網(wǎng)（CAN-Controller Area Network）屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò )。CAN的應用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò )到低成本的多線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò )。在自動(dòng)化電子領(lǐng)域的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制部件、傳感器、抗滑系統等應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。同時(shí)，它可以廉價(jià)地用于交通運載工具電氣系統中，例如，燈光聚束電氣窗口等等以代替所需要的硬件連接。
　　CAN總線(xiàn)采用雙線(xiàn)串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中合作。CAN具有優(yōu)先權和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò )。其可靠性和實(shí)時(shí)性遠高于普通的通信技術(shù)。
　　三、CAN控件的硬件構成
　　由于CAN總線(xiàn)具有通訊速率高，可靠性高，連接方便和性能價(jià)格比高等諸多特點(diǎn)，推動(dòng)其應用開(kāi)發(fā)的迅速發(fā)展，其產(chǎn)品正逐步形成系列。下面以PHILIPS82C200為例說(shuō)明。82C200分為控制寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器、驗收碼寄存器、驗收屏蔽寄存器、總線(xiàn)定時(shí)寄存器、輸出控制寄存器、測試寄存器、發(fā)送緩存器、接收緩存器和時(shí)鐘分頻寄存器，十三種寄存器。
　　四、CAN控制器的初始化
　　在初始化之前，應設置輸出控制寄存器的復位請求位為高，再設置其它寄存器?？刂萍拇嫫髟O定中斷，命令寄存器控制緩存器的接發(fā)狀態(tài)，中斷寄存器查詢(xún)82C200的工作狀態(tài)，接收碼寄存器設定工作地址，接收屏蔽寄存器設定工作形式，總線(xiàn)定時(shí)寄存器設定工作頻率、采樣頻率，輸出控制寄存器一般為正常輸出方式，最后應使復位請求位從高變低，使CAN控制器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
　　五、CAN的通信協(xié)議
　　CAN控制器支持四種不同的CAN協(xié)議類(lèi)型：數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。具體可參見(jiàn)CAN技術(shù)規范2.0a或2.0b以及CAN國際標準ISO11898。這里只介紹一下數據幀。
　　CAN中的總線(xiàn)數值為兩種互補邏輯數值：顯性（表示邏輯“0”）或隱性（表示邏輯“1”）。
　　數據幀從一個(gè)發(fā)送節點(diǎn)傳送數據以一個(gè)或多個(gè)接收節點(diǎn)，一個(gè)數據幀由七個(gè)不同的位場(chǎng)組成如圖1所示：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、循環(huán)冗余校驗（CRC）場(chǎng)、應答場(chǎng)、幀結束。
　　
　　圖1　數據幀的結構示意圖
　　六、CAN協(xié)議的分層結構
　　　　CAN協(xié)議是一種串行數據通信協(xié)議，它可以非常有效地構成分布式實(shí)時(shí)監測/控制系統。CAN總線(xiàn)規范規定了任意兩個(gè)CAN節點(diǎn)之間的兼容性，包括電氣特性及數據解釋協(xié)議，它采用了ISO-OSI中的三層網(wǎng)絡(luò )結構——物理層、數據鏈路層和應用層。其中應用層可能包含了除物理層和數據鏈路層外其余四層中的某些功能。它具有簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò )結構。CAN總線(xiàn)體系結構模式如圖2所示。
　　
　　圖2　CAN總線(xiàn)體系結構
　　七、結束語(yǔ)
　　帶有CAN通信接口的工業(yè)控制產(chǎn)品可通過(guò)雙絞線(xiàn)接入CAN，這使得CAN的組網(wǎng)和擴展變得容易。目前CAN總線(xiàn)應用研究還在不斷深入，隨著(zhù)CAN總線(xiàn)的國際標準化，具有優(yōu)先權和仲裁權功能，通信速率高，可靠性和實(shí)時(shí)性高，連接方便和性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)CAN網(wǎng)絡(luò )將會(huì )得到迅速的發(fā)展和應用。