CAN总线通讯特点归纳.pdfVIP

CAN 总线远程传输可靠性的设计方法和实现 引言 现场总线能同时满足过程控制和制造业自动化的需求，成为工业数据总线领域最为活跃 的技术之一。 CAN(Controller Area Network ，即控制器局域网 )现场总线以其多主方式，报 文自动过滤重发、 极低的误码率和高通讯速率等特点， 在各种低成本、 高抗干扰的多机远程 监控系统中得到广泛应用。 CAN 总线属于总线式带同步位的串行通信网络， 由于采用了许多新技术以及独特的设计， 与一般的通信总线相比， CAN 总线在远距离数据通信上具有突出的可靠性、实时性和灵活 性。 CAN 的直接通信距离最远可达 lOkm( 通信速率 5Kbps 以下 ) ，通信速率最高可达 lMbps( 通信距离最长 40m) 。但在实际的远程传输过程中，通信数据受许多因素的影响，致 使传输的波形失真，达不到预期的效果。本文针对 CAN 总线远程传输的可靠性进行了设计 与分析。 1 远程 CAN 总线传输可靠性的主要影响因素 (1) 工作环境电磁干扰的影响。 (2) 传输介质分布电容和电阻的影响。 (3) 远近端阻抗不匹配的影响。 (4) 接收同步位端的相位变化和幅值变化的影响。 (5) 传送波特率位时钟设计的影响。 (6) 没有发送和接收帧的节点之问高阻状态性的漏电对 CAN 总线的影响。 (7) 对总线短路和断路监测处理的影响。 2 远程 CAN 总线传输可靠性的设计方法 系统运行在复杂的电磁空问里，有外界的各种电磁场变化，也有系统内部各个元器件之 间的电磁干扰。 尤其工作现场的电磁场环境是最容易干扰系统的可靠性。 因此系统数据传输 过程采用屏蔽双绞线， 它综合了屏蔽线和双绞线两者的优点， 是较理想的信号传输线， 即可 以抑制静电干扰，也可以抑制电磁感应干扰，从而提高系统的可靠性。 元器件是构成系统的基础，选择集成化程度高，抗干扰能力强，功耗又小的电子元器件 尤为重要。选择合适的 MCU 是 CAN 总线控制系统设计成功的关键。在综合比较了当前业 界流行的几款 MCU 最终选择了 Silicon Laboratories 公司的 C8051F040 这款 8 位单片机作 为 CAN 总线控制系统的控制核心。 C8051F040( 以下简称 F040) 单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与 MCS 一 5l 完全兼容的指令内核。由于采用了流水线处理技术，大大提高了指令执行效率。 F040 还 采用了 Flash ROM 技术，集成了 JTAG ，实现了真正的在线编程和片上调试。 它比 SJAl000 等片外 CAN 总线控制器具有更好的可靠性和集成度高的特点。 F040 的 CAN 控制器完全硬 件化，解决了 CPU 与 CAN, 总线控制器之间的竞争矛盾。 在主机 CAN 节点中， 如图 1 所示， 选择 Silicon Laboratories 公司的 USB 转 UART 桥接 芯片 CP2101 ，内部自带 512B 收发缓冲器，进一步从芯片本身上解决了数据冲突的问题。 它还有 300bps 至 921．6Kbps 的波特率变化范围， 满足高速通讯要求， 外围电路十分简单； 另外， CP2101 还集成了 5V 转 3V 电压调节器，可以由 USB 总线来对整个主机节点供电， 这样整个电路就只需一根 USB 连线即可实现与 PC 机通讯，无需额外电源，即插即用，十 分方便。 图 1 主机 CAN 节点的硬件连接图 ( 参见下页 ) ADuMl20l 是 ADI 公司生产的隔离器，采用平面磁场专利隔离技术