工業(yè)控制器區域網(wǎng)絡(luò )（CAN）應用

工業(yè)控制器區域網(wǎng)絡(luò )（CAN）應用是汽車(chē)系統及工業(yè)應用場(chǎng)合連接各種電子控制模塊的串行異步多總線(xiàn)通信協(xié)議。

CAN主要用于數據完整性要求高，數據速率高達1 Mbit/s的應用場(chǎng)合。

飛思卡爾半導體擁有成套系列產(chǎn)品，可供工業(yè)電子設計人員結合自己的應用場(chǎng)合使用CAN。

設計挑戰

集成高層工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò )協(xié)議
對于工業(yè)系統、工廠(chǎng)自動(dòng)化和設備控制來(lái)說(shuō)，設計人員僅僅確定采用CAN是不夠的。大量系統、工具和設備往往還要在CAN網(wǎng)絡(luò )上層使用高層通信協(xié)議（如CANopen或DeviceNET）。這些通信協(xié)議規定了輸入/輸出、傳感器監控和電機控制器等不同網(wǎng)絡(luò )模塊的動(dòng)作，定義了一個(gè)節點(diǎn)至另一節點(diǎn)傳送的信息內容，傳送時(shí)間及傳送頻率。這些工業(yè)通信協(xié)議十分復雜，往往難以設計軟件驅動(dòng)程序代碼。許多客戶(hù)發(fā)現，采購驅動(dòng)軟件，將其集成到應用中較為方便，這樣可以專(zhuān)注于應用軟件的設計。


應用中編程，網(wǎng)絡(luò )下載
當工廠(chǎng)建成或設備安裝后，對網(wǎng)絡(luò )中的某個(gè)模塊進(jìn)行物理訪(fǎng)問(wèn)十分困難且成本很高，或者根本無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)。因此，急需能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )本身對設備重復編程。這樣，可以只訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )的某些點(diǎn)，而不是對每個(gè)模塊進(jìn)行物理訪(fǎng)問(wèn)。應用內部編程可以升級模塊軟件，修復故障，添加新功能或更新校準數據。這種編程方式為延長(cháng)模塊使用壽命提供了有效方法，但需要采用微處理器，以便于遠程重復編程。


診斷，負荷控制與負荷處理
工廠(chǎng)自動(dòng)化或工業(yè)控制環(huán)境下，一般存在大量不同類(lèi)型的傳感器和起動(dòng)器。智能化地準確控制這些器件是控制系統的關(guān)鍵。每個(gè)系統組件所需控制越多，設計人員對整體系統的設計量也越大。以電機為例，為保證生產(chǎn)線(xiàn)高速運行，需對電機十分準確快速地加以控制。如果電機運轉能夠達到最高效率，可顯著(zhù)節省企業(yè)設備運行成本。電機控制水平取決于傳感器準確詳細的反饋信息，用以確定電機運行速度，抑或原料在生產(chǎn)線(xiàn)上傳送的位置。

不同CAN網(wǎng)絡(luò )具有物理層要求
與各種主要網(wǎng)絡(luò )協(xié)議一樣，CAN也需要用于通信的物理層設備。這種物理層原于ISO/OSI七層模型。物理層用于控制總線(xiàn)電壓及電流、處理電流與電壓瞬變、信號總線(xiàn)（線(xiàn)路）故障并在可行的情況下加以糾正。

Bosch CAN技術(shù)規范未給出CAN網(wǎng)絡(luò )物理層的技術(shù)規范。這種情況對于設計人員喜憂(yōu)參半。近十年來(lái)，出現兩大物理層設計，并成為大部分CAN應用所采用的物理層。這兩種物理層采用線(xiàn)對的差分電壓進(jìn)行通訊，通常稱(chēng)為高速物理層和低速物理層。

當兩條線(xiàn)路中有一條發(fā)生短路或開(kāi)路故障時(shí)，低速體系結構可變?yōu)閱尉€(xiàn)操作（即不接地）。盡管兩種體系結構都采用差分電壓，但兩結構的端接方法不同，因此在生產(chǎn)系統中不兼容。

由于CAN規范未規定物理層要求，因此由其他標準組織來(lái)幫助設計人員設計可兼容的CAN設備。國際標準化組織（ISO）制定了保證組件物理層互操作性的相應標準并提出設計規范建議。ISO標準一般適用于以下工業(yè)應用。

解決方案

集成高層工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò )協(xié)議
飛思卡爾為基于C語(yǔ)言軟件設計嵌入式應用提供了成套開(kāi)發(fā)工具。這種系統可供應用設計人員設計嵌入式應用，并且便于集成現有支持工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò )（如DeviceNet或CANopen）基于C語(yǔ)言的軟件驅動(dòng)程序。

應用中編程（IAP）
利用大量基于閃存、具有CAN網(wǎng)絡(luò )功能的MCU產(chǎn)品，飛思卡爾推出先進(jìn)的器件解決方案，用于構建可在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下進(jìn)行升級的節點(diǎn)。除采用閃存外，應用中編程的其他特性使得其非常簡(jiǎn)便。飛思卡爾Flash MCU工作溫度為-40°C至125°C，可快速方便地重復編程，不需要增加電源。一個(gè)電源可支持MCU，為閃存陣列提供編程電壓。這種功能不需要附加電路，也不必管理獨立的編程電源。


診斷，負荷控制與負荷處理
飛思卡爾SMARTMOS (SMOS) 產(chǎn)品對連接電機、照明燈、傳感器及其他類(lèi)型工業(yè)裝置，具有出色的控制能力和診斷功能。驅動(dòng)的保護功能一般比較難做、成本高，在離散部件中很難實(shí)現。飛思卡爾的產(chǎn)品（如電機控制的H橋驅動(dòng)）將保護功能集成在驅動(dòng)中。SMOS H橋路驅動(dòng)器可全面避免過(guò)電壓、過(guò)電流、溫度過(guò)高等故障，低電壓自動(dòng)關(guān)閉輸出可防止設備損壞。此外，電流再復制等電流監控功能可監控橋路下橋臂的電流，確定電機的電流大小。芯片溫度及電源也可進(jìn)行測量和監控，具有過(guò)去無(wú)法達到的診斷能力。SMOS還具有負荷控制功能，可通過(guò)設定電流極限，以可控脈寬調制驅動(dòng)輸出控制負載電流?；魻栃獋鞲衅魇荢MOS為大量電機控制場(chǎng)合提供的另一個(gè)重要部件，可用于測量電機轉速。


其他監控高壓開(kāi)關(guān)的SMOS產(chǎn)品使5V輸入/輸出的MCU可連接高壓開(kāi)關(guān)。器件的脈沖清洗電流可清潔開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，一個(gè)MCU可同時(shí)連接12個(gè)開(kāi)關(guān)，而MCU與器件通信的引腳僅用4個(gè)。


飛思卡爾SMOS CAN物理層產(chǎn)品滿(mǎn)足工業(yè)客戶(hù)需求
為滿(mǎn)足CAN多種物理層要求，飛思卡爾推出大量CAN物理層器件，產(chǎn)品性能符合或優(yōu)于ISO標準。


但是，僅有物理層器件不一定足以滿(mǎn)足技術(shù)要求。例如，系統模塊可能需要由穩壓電源供電。有時(shí)，本機開(kāi)關(guān)或傳感器需要喚醒睡眠模式下的模塊迅速進(jìn)入工作狀態(tài)。這時(shí)，開(kāi)關(guān)或傳感器工作電平會(huì )高于數字邏輯電路電平。飛思卡爾基礎芯片（SBC）可滿(mǎn)足工業(yè)設計平臺這類(lèi)情況下的要求。SBC將CAN連接所需的CAN物理層與電壓調節、獨立的看門(mén)狗時(shí)鐘及本機喚醒電路加以整合，從而可在增加少量組件的情況下提供極大的靈活性。由于這些電路可采用相同的半導體工藝進(jìn)行設計，因此完全可以將這些功能集成在一個(gè)封裝中，減少最終設計的組件數量。從而降低組裝成本，提高可靠性和設計的靈活性。

結構圖

Related Products
MCF5272：集成式ColdFire第2版微處理器 （中文）
MCF5272 微處理器是一個(gè)高度集成的 ColdFire 微處理器，提供了全新的一組通信外圍設備，例如 10/100以太網(wǎng)控制器和 USB 模塊，但它亦保留了以前 ColdFire 標準產(chǎn)品中包含的常見(jiàn)通用外圍設備。
MCF5272 : Integrated ColdFire Version 2 Microprocessor
The MCF5272 microprocessor is a highly integrated ColdFire microprocessor offering a new set of communication peripherals, such as a 10/100 ...