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现场总线及其应用
1.现场总线的定义及特点 2.CAN总线的ID标识符的作用? 3.CAN总线的主要特点? 4. CAN总线的报文有几种格式?是如何定义的? 5.基于CAN总线的应用层协议有哪些?其特点? 6.应用层协议的作用及主要内容(服务元素)? 7.对象字典OD的作用. 8.数字化设备使用的一般方法. 一.基础概念:(思考题为主) 60% 二.应用案例:(CAN、PROFIBUS )40% 1.根据给定的系统工艺原理(汽车、楼宇自动化、工业上PLC、变频器等应用背景,消化理解后进行设计。 2.方案:系统框图,功能描述. 3.实施:协议分类,格式;协议清单. 4.结果:通讯部分初始化代码;数据/命令执行代码(或框图) 通讯线路的特征 1.外部:机械(连接件)、电气特性(电平)、介质(双绞线、同轴电缆)等。 2.内部:信息传送方式(串、并、基带、调制)、组成(协议)、编码方案、传输速率等。 3.有线:串行接口:RS232、RS485、RS422、SPI、USB、JTAG、I2C、1-wire 并行接口:ISA、PCI 4.无线:公网(GSM、CDMA)、WiFi、蓝牙、ZigBee、红外等。 CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN层的定义与开放系统互连模型OSI一致。 CAN的规范定义了模型的最下面两层:数据链路层和物理层,其中数据链路层又划分为逻辑链路控制子层(LLC)和媒体访问控制子层(MAC),应用层协议可以由CAN用户定义成适合特别工业领域的任何方案,如已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的协议标准DeviceNet,以及在汽车工业中被大量使用的CANOpen协议等。具体分层结构如图所示。 二、传输介质(双绞线) 课堂作业 CAN总线基础与模拟软件 硬件层设计要考虑的问题 许多厂商都提供能实现前节描述CAN协议的CAN芯片。设计产品时必须小心的选择CAN芯片。 1.清楚设计的产品怎么使用协议以及你的应用的过程需要。 2.知道上层协议怎么运行在CAN上 3.CAN芯片怎么操作等。 选择CAN芯片考虑的问题: CAN芯片的类型:按照与微控制器集成与否主要分为内嵌型和外围型两种,内嵌是CAN控制器芯片在微控制器内。外围型CAN控制器就是CAN控制器是一个单独的芯片。 接收滤波器的数量:接收滤波器可以当作标识符过滤器。任何通过接收滤波器的信息必须通过CAN控制器处理。如果CAN控制器能过滤掉越多不与节点不相关的信息,则对处理器(CPU)的影响越小。CAN芯片也许有一个滤波器,有的也许有多个。 接收滤波器的类型: 主要有固定式和掩码匹配式两种。 固定式滤波器:要求每一位一对一的完全匹配。 掩码匹配式:在标识符与接收码寄存器匹配之前先,先对标识符进行进行掩码操作,使一些位在接收时不做比较。 CAN的中断率:设计者在设计产品时需要考虑CAN控制器中断的速率。由于CAN数据帧很小(携带数据为0~8byte),所以到处理器的中断事件发生频率很高。考虑到这点,不能认为CAN是一个低速网络。下表所示说明了两个紧挨着的数据帧的情况,两个数据帧中间(帧间空间 InterFrame Space)值最小。描述了对于这种情况下,接收器从像洪水泛滥的总线上接收所有数据中断率的情况。这种情况是最差的。这样的中断率很高。在500K时0byte的数据帧每94μs就要发生一次中断。很多低成本的CAN控制器是不能满足这个中断率的。因此,要在CAN的兼容性上和成本及封装之间做取舍。 两类结构的CAN控制器 常见的CAN控制器有邮箱式和缓冲式两种,现在设计大多使用邮箱式的,不同之处只是邮箱数量的不同。 邮箱式CAN控制器,大体结构下图所示一个CAN控制器里有很多个邮箱(MailBox)或消息对象(Message Object),现在很多微处理器如AT90CAN,DSP2000,HS12,Infineon都是采用这种结构的CAN控制器。它们不同之处在于邮箱的数量不同。 邮箱式CAN控制器使用比较灵活,每个邮箱可以用做接收消息邮箱或发送消息邮箱。同时每个邮箱都有自己的滤波接收器。对于数据发送的过程而言,CPU直接将要发送的数据放到邮箱相应的寄存器(Data Buffer)里,然后启动发送,邮箱就会在总线空闲的时候把数据发送出去。对于接收数据过程,CPU先要对要接收数据的邮箱进行设置,设置的内容主要有期望接收的CAN数据帧的ID号,然后根据需要对屏蔽寄存器进行设置。 最后启动邮箱的数据接收,当有符合的数据帧在总线上发送时,相应的Data Buffer就会接收到该数据帧。这种结构的CAN控制器由于有足够的屏蔽寄存器,能大大减少CPU的负担。不足之处是由于一个邮箱只有一个存放数据帧的Data Buffer,当数
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