基于can总线的工业通讯网络系统的设计与实现

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1、http://www.paper.edu.cn基于CAN总线的工业通讯网络系统的设计与实现12杨智伟，孙明1北京邮电大学自动化系北京（100876）2北京青云航空仪表有限公司北京（100086）E-mail：yang.zhiwei@yahoo.com.cn摘要：CAN(ControllerAreaNetwork）总线是一种使用CAN协议的串行通信网络。SiliconLaboratories公司的单片机C8051F040是完全集成的混合信号系统级芯片，而且内部集成了CAN控制器。文中采用CAN总线，设

2、计并实现了一种稳定可靠的工业通讯网络系统。关键词：工业控制；CAN总线；RS2321.引言随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为

3、工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网CAN（ControllerAreaNetwork）正是在这种背景下应运而生的。CAN具有十分优越的特点，使人们乐于选择，这些特性包括：低成本、极高的总线利用率、很远的数据传输距离（10

4、Km）、高速的数据传输效率（1Mbit/s）、可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文、可靠的错误处理和检错机制、发送的信息遭到破坏以后，可自动重发、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能、报文不含源地址和目标地址，仅用标识符来指示功能信息和优先级信息。2.CAN总线概述控制器局部网（CAN－ControllerAreaNetwork）是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制

5、器局部网将在我国迅速普及推广。2.1CAN总线特点CAN总线是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同

6、的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。-1-http://www.paper.edu.cn数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途

7、的现场总线之一。另外，CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的[2]数通讯。CAN总线插卡可以任意插在PCATXT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。2.2C8051F040CAN控制器构成C8051F040内部集成CAN控制器是Bo

8、sch全功能CAN模块的完全实现，完全符合CAN规范2.0B。此CAN控制器由以下几部分构成：CAN内核、报文RAM（与C8051RAM相互独立）、报文处理状态机制和CAN控制寄存器。CIP-51可以通过特殊功能寄存器直接或间接访问CAN控制器中的CAN控制寄存器（CAN0CN）、CAN测试寄存器（CAN0TST）和CAN状态寄存器（CAN0STA），所有其它的寄存器只能通过CAN0ADR、CAN0DATH和CAN0DATL寄存器以地址索引的方式间接访问。2.3CAN