基于CAN总线的信号采集与处理模块研究

发布时间：2020-09-21 07:27

　　现场总线是自动化领域的计算机网络。CAN总线作为目前最有前途的现场总线之一,其主要优点为实时性好、可靠性高、性价比突出。因此已经逐渐成为当今自动化领域发展的热点之一。本文主要研究对象为基于CAN总线的分布式数据采集与通讯系统,并准备将其应用于工业现场。作者在分析了CAN总线2.0B协议的基础上,采用结构化的方法独立设计了带有CAN总线通信接口的数据采集与处理底层模块。底层模块的硬件设计以C8051F040高速型单片机为核心,其内部已经集成了AD采集和DA输出子模块,在其基础上,又外扩了CAN总线通讯、人机交互、地址译码等功能模块。在集成了Keil C51编译器的Silicon Laboratories IDE开发环境下,采用模块化的软件程序设计方法完成了底层模块的模拟电压采集、CAN总线通讯、模拟电压输出、LCD显示、矩阵键盘扫描、现场温度监控、开关量输入输出等功能。每个子任务模块之间通过主程序的多任务机制来进行分时调用,并采用过采样等方法对采集到的信号进行一些简单的处理,减轻通讯带宽的负担,以提高系统的实时性与效率。整个系统由两个底层模块和一台接有CAN总线通信板卡的上位机组成,采用主从结构,通过接口卡来实现双向通讯,由此可以及时得知工业现场的各种数据和运行参数,从而保证了对现场远程测控的实时性。CAN总线应用层协议由作者自行定义和编写,使之更加符合本系统的要求和特点。目前整个系统运行良好,性能稳定,通信冗余度高,符合工业现场使用的要求。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TP336
【部分图文】：

隐性,报文,对标,识别符

帧起始仲裁区域控制区域数据区域 CRC 区域 ACK 区域帧结束图 2.2 数据帧结构（1）帧起始它标志数据帧或远程帧的起始，由一个单独的“显性”位组成。只在总线空闲时，才允许节点发送信号。所有节点必须同步于首先开始发送信息的节点的帧起始前沿。（2）仲裁区域仲裁区域包括识别符（ID）和远程发送请求位（RTR）。识别符（ID）：识别符的长度为 11 位或 29 位。在本系统使用的 CAN2.0B 协议中，报文分为标准帧（11 位）和扩展帧（29 位）两种格式。当为标准帧时，这些位的发送顺序是从 ID-10 到 ID-0。最低位是 ID-0。最高的 7 位（ID-10 到 ID-4）必须不能全是“隐性”。扩展帧的报文结构与标准帧相似，不同之处是所使用的仲裁区域的长度，仲裁区域由已存在的 11bit 基本仲裁区域和 18bit 扩展仲裁区域组成。两种不同类型帧的仲裁区域比较如图 2.3 所示。

数值表示,总线,报文,节点

图 2.7 总线编码的数值表示2.6 CAN 总线仲裁方式由于 CAN 总线是一种多主型总线，总线上任一节点都有可能作为主节点向总线发送报文，因此就有可能出现几个节点同时向总线发送报文的情况。由于 CAN 总线并未定义节点地址，因此在这种情况下，CAN 总线基于“多主竞争总线仲裁”的原理，依靠报文的优先级进行取舍。报文的优先级体现在写入报文识别符（ID）区的二进制数值，该值不能被动态的改变。在同一系统中标识符定义是唯一的，不会出现两个节点发送具有相同标识符报文的情况。ID 中的值越小，其报文的优先级越高（也就是 0 比 1 的优先级高），在冲突中越容易获得网络访问权，因此在进行网络介质访问仲裁的同时已经开始了报文的传输[18]。例如，节点 A 发出的报文标识符为 01010001011，节点 B 发出的为 01000101011前三位相同，不存在冲突，而第四位节点 B 为 0，是显性位，将覆盖掉节点 A 的第四位。这样，B 节点就完全取得了介质访问权，A 节点转为接收方，以后介质上传输

框图,内部结构,框图,验收滤波器

图 3.3 SJA1000 内部结构框图其各部分门电路功能说明如下：（1）接口管理逻辑（IML）接口管理逻辑解释来自CPU的命令，控制CAN寄存器的寻址，向主控制器提供中断信息和状态信息。（2）发送缓冲器（TXB）发送缓冲器是CPU和位流处理器（BSP）之间的接口，能够存储发送到CAN网络上的完整信息，缓冲器长13个字节，由CPU写入、BSP读出。（3）接收缓冲器（RXB）接收缓冲器是验收滤波器和CPU之间的接口，用来储存从CAN总线上接收的信息。接收缓冲器（RXB，13个字节）作为接收FIFO（RXFIFO，长64字节）的一个窗口，可被CPU访问。CPU在此FIFO的支持下，可以在处理信息的时候接收其它信息。（4）验收滤波器（ACF）验收滤波器把它其中的数据和接收的识别码的内容相比较，以决定是否接收信

【引证文献】