现场总线控制原理

现场网络

1、CAN总线的主要技术特点、技术规范、报文帧类型、帧结构、网络控制体系以及常见的CAN通信控制器 主要技术特点:

?CAN网络上的节点不分主从

–任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通信方式灵活 ?CAN采用非破坏性的总线仲裁技术 -载波监听多路访问、逐位仲裁 -先听再讲

-当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。 ?CAN网络上的节点具有不同的优先级 –可满足对实时性的不同要求

–高优先级的数据可在134微秒内得到传输

?通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”

?CAN的直接通信距离

–最远可达10km（速率5kbps以下）；

–通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m）。 ?CAN总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般为 –可达110个； ?报文标识符：

–CAN2.0A为2032种

–CAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制 ?CAN为短帧结构，传输时间短，受干扰概率低

?CAN节点具有良好的检错功能，出错率低–节点中均有错误检测、标定和自检能力。?具有发送自检、循环冗余校验、位填充、报文格式检查等。?CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。?CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。?CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式–相当于未连接到总线驱动器–可降低系统功耗–其睡眠状态可借助总线激活或者系统的内部条件被唤醒 CAN技术规范：

?CAN2.0A与CAN2.0B是1991年颁布的CAN技术规范的两个部分 –CAN2.0A只有标准帧一种帧格式 –CAN2.0B包括标准帧与扩展帧两种

?标准帧与扩展帧的区别主要在仲裁场与控制场 –标准帧具有11位标识符 –扩展帧具有29位标识符 CAN报文帧的类型：

?4种不同类型的帧：

–数据帧、远程帧、出错帧、超载帧

?数据帧携带数据，由发送器传送至接收器

?远程帧用以请求总线上的相关节点发送具有规定标识符的数据帧

?出错帧由检测出总线错误的节点发送，向总线通知出现了错误

?超载帧由出现超载的节点发出，用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟 CAN的帧结构：

?数据帧由7个不同的位场（域）组成：

–帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束 –帧起始位（1个显位），表示标志帧的开始，用于节点同步，总线空闲才允许节点发送

–中间有仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场 –帧结束（7个隐位） –数据场长度可为零 CAN数据帧的组成：

CAN的通信参考模型：

–CAN的通信模型的分层结构 ?数据链路层 –包括逻辑链路控制子层LLC

?LLC的主要功能是：为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由LLC子层接收的报文实际已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息 –媒体访问控制子层MAC

?MAC子层主要规定传输规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定 ?物理层

–物理层规定了节点的全部电气特性

CAN总线信号的显位与隐位：

?显位(0)–VCANH：3.5v–VCANL 1 1.5v ?隐位(1)–VCANH2.5v–VCANL 2.5v ?显位可改写隐位

CAN节点的网络连接：

实现CAN通信控制的几种ASIC芯片：

?CAN通信控制器82C200:实现CAN2.0A的标准格式通信帧的通信控制 ?CAN通信控制器SJA1000:实现CAN2.0B的两种格式通信帧的通信控制 ?带CAN通信控制器与8位微控制器的P8XC592

?带CAN通信控制器与16位微控制器的87C196CA/CB

?带32位ARM7 处理器内核、可编程逻辑、存储子系统、CAN接口、以太网接口、I/O接口等的片上系统TA7V

?带CAN通信控制器的CAN总线I/O器件82C150 ?CAN总线收发接口器件82C250 CAN通信控制器：

?CAN通信控制器要实现CAN总线协议并具备与微控制器的接口 –不同型号的CAN总线通信控制器，其结构和功能大体相同； –与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异

?由CAN通信控制器芯片完成CAN总线协议中物理层和数据链路层的所有功能 ?应用层功能由微控制器完成 ?芯片工作的温度范围为：

–－40℃～＋125℃，汽车及某些军用领域， –－40℃～＋80℃，一般工业领域

2、CAN的下层网段LIN总线的主要技术特点 –低成本的一线制硬件实现

–低速率，传输速率最高可达20Kbit/s(受到电磁干扰的限制)

–单主机/多从机的通讯模式 →无需仲裁机制

–基于通用UART/SCI接口的低成本硬件实现 →几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件

–同步简单，从节点不需晶振或陶瓷振荡器就能实现自同步 →大大降低硬件平台的成本

–通信确定性，保证信号传输的延迟时间(预见性可控性) –报文数据长度可变 –奇偶，求和双重校验

3、应用于车载网络的主要网络协议

?CAN规范只包括了物理层和数据链路层，是一个可以封装在通信控制器集成电路芯片内部的规范。

?SAE J1939以CAN为基础，其物理层和数据链路层基本上沿用了CAN规范，并增加了网络层、应用层和网络管理规范。

4、PROFIBUS的通信参考模型、采用的传输技术以及总线访问方式 ProfiBus主要有三部分组成，包括：

1）由现场总线报文——ProfiBus-FMS 2）分布式外围设备——ProfiBus-DP 3）过程控制自动化——ProfiBus-PA PROFIBUS的通信参考模型：

PROFIBUS包含有三个子集：

–PROFIBUS DP 用于设备级分散I/O之间的通信，实现分布式控制系统设备间的高速数据传输，传输速率在9.6Kbps

—12Mbps之间可选–PROFIBUS PA 用于过程自动化，采用IEC61158-2通信规程，传输速率为31.25K，适用于有总线供电、本质安全要求的应用场合

–PROFIBUS FMS 用于车间级的数据通信，可提供通信量大的相关服务

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nkif.html