工业控制网络03-李中伟.ppt

工 业 控 制 网 络（现场总线） 主讲教师：李中伟 佟为明 1 概述 CAN（Controller Area Network，控制器局域网）是20世纪80年代（1983）德国Bosch（博世）公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信总线。 CAN已成为国际标准ISO11898和ISO11519。 1 概述 1 概述 以CiA推出的CAN Specification 2.0为底层的高层协议有： CAN Kingdom DeviceNet CANopen SAE J1939 SDS 1 概述 CAN在汽车电子系统中得到了广泛应用，已成为世界汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。 世界上一些著名的汽车制造厂商都已采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测及执行机构间的数据通信。如BENZ（奔驰）、BMW（宝马）、PORSCHE（保时捷）、ROLIS-ROYCE（劳斯莱斯）、JAGUAR（美洲豹）和MAZDA（马自达）等都。 1 概述 CAN与其他现场总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其技术特点如下： (1)CAN从本质上讲是一种多主或对等网络，网络上任一节点均可主动发送报文 。 (2)废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据进行编码；通过报文过滤，可实现点对点、多点播送（传送）、广播等几种数据传送方式。 1 概述 (3)采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。 (4)具有多种检错措施及相应的处理功能，检错效果极好，处理功能很强，保证了通信的高可靠性。位错误和位填充错误检测、CRC校验、报文格式检查和应答错误检测及相应的错误处理。 (5)通信介质（媒体）可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 1 概述 (6)总线长度可达10km（速率为5kbps及其以下）；网络速度可达1Mbps（总线长度为40m及其以下）。 (7)网络上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；标准格式的报文标识符可达2032个，而扩展格式的报文标识符的个数几乎不受限制。 1 概述 (8)通过报文标识符来定义节点报文的优先级。对于实时性要求不同的节点报文，可定义不同级别的优先级，从而保证高优先级的节点报文得到优先发送。 (9)采用非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲突。通过采用这种机制，即使在网络负载很重时，也不会出现网络瘫痪现象。 (10)发生严重错误的节点具有自动关闭输出的功能，以使总线上其他节点的通信能够继续进行。 1 概述 CAN最初虽然是为汽车的监测、控制系统而设计的，但由于它在性能、可靠性等方面的突出优势，现已广泛应用于航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业。如在自动化仪表、智能传感器、数控机床、医疗器械、机器人、楼宇自动化装置、火车、轮船等元件、设备、设施中，CAN总线都得到了良好的应用。 2 CAN 节点的分层结构 3 CAN物理层 3.1 CAN总线典型电平 3.1 总线典型电平 3.1 总线典型电平 3.1 总线典型电平 3.1 总线典型电平 3.2 CAN接插件管脚分配 3.3 CAN总线终端电阻 120Ω ±10%，ISO 11898 3.4 CAN总线使用的编码 NRZ编码（非归零编码），5位1填充。 3.5 CAN总线的位速率 5k~1M（bps） 3.6 CAN总线长度 40m~10km CAN总线位速率与总线长度的关系： 主要影响因素： （1）CAN总线要求发送器在发送每一位的同时，都要监视总线电平，用以确定是否发送器竞争发送权失败，是否总线发生了位错误，是否获得了应答； （2）为实现（1）中的目的，要考虑传播延时的影响。铜导线中，电信号的传播速度是光速的2/3； （3）还要考虑发送器延时、接收器延时，以及可靠采样的要求。 3.7 CAN总线的位定时 同步段——用于使总线上的各个节点同步。期望有一个跳变沿位于此段内。 传播段——用于补偿网络内的物理延时。它是信号在总线上传播时间的两倍与输入比较器延时和输出驱动器延时之和。 相位缓冲段1和相位缓冲段2——用于补偿沿的相位误差，使总线上的各个节点同步。通过重同步，这2个时间段可被延长或缩短。 采样点——是这样一个时刻，在此时刻上，总线电平被读，并被理解为其自身位的数值。它位于相位缓冲段1的终点。 信息处理时间——是由采样点开始、为计算后续位电平而保留的时间段。 时间份额——是由振荡器周期派生出的一个固定时间单元。 同步段：1个时间份额； 传播段：1~8个时间份额； 相位缓冲段1：1~8个时间份额； 相位缓冲段2：相位缓冲段1和信息处理时间的最大值； 信息处理时间：≤2个时间份额；