现场总线CAN原理与应用技术 第2版

详细介绍了CAN总线在相应OSI层面上的应用（应用层、物理层）。书籍扫描版的，但是清晰度不错，书签也全都有。内容简介CAN是当前最有影响的现场总线之一,它具有较高的性能价格比,在自动控制领域得到广泛的应用,也越来越多地出现在嵌入式系统中。本书首先简要叙述了现场总线技术的基础—计算机网络;其后的内容覆盖了CAN技术的国际标准、几类有代表性的CAN器件、CAN智能节点的硬件和软件设计(包括在单片机和PC机上)组网中的CAN网关和网桥的设计、CAN的应用技术实例;最后较详细地介绍了基于CAN的网络高层协议中最流行的 CANopen和 DeviceNet以及时间触发CAN( TTCAN)的基本原理及其主要结构。本书着眼于帮助读者弄清概念、尽快入门,重在实践。因此,在本书作者的科研实践基础上,涉及具体设计的内容中尽可能详细地列举了各基本功能模块,可供初学者直接参考使用。本书可作为大专院校电子信息工程、电气工程、自动控制等专业的师生以及相关技术人员在学习和开发应用CAN技术过程中的参考资料。图书在版编目(CIP数据现场总线CAN原理与应用技术/饶运涛等编著.-2版北京:北京航空航天大学出版社,2007.8ISBN978-7-81124-229-4I.现…Ⅱ.饶…Ⅲ.总线一基本知识Ⅳ.TP336中国版本图书馆CIP数据核字(2007)第119453号2007,北京航空航天大学出版社,版权所有。未经本书出版者书面许可,任何单位和个人不得以任何形式或手段复制或传播本书内容。侵权必究。现场总线CAN原理与应用技术(第2版饶运涛邹继军编著王进宏郑勇芸责任編辑王慕冰朱胜军北京航空航天大学出版社出版发行北京市海淀区学院路37号(100083)发行部电话:(010)82317024传真:(010)82328026htp://www.buaapress.comcnE-mail:bhpress@263.net源州市新华印刷有限公司印装各地书店经销开本:787X10921/16印张:28.25字数:723千字2007年8月第1版2007年8月第1次印刷印数:5000册ISBN978-7-81124-229-4定价:42.00元再版前言自从五年前本书面世以来,我们看到现场总线CAN技术应用在我国得到迅速发展特别是在工业自动化控制领域,这是值得欣慰的。北京航空航天大学出版社近年来陆续出版的几集《现场总线技术应用选编》从一个侧面反映出这一点,CAN总线方面的论文占其中的多数。之所以出现这样的形势,是与CAN的优越特性和它的高性能价格比分不开的。人们可以发现,另一个重要因素反映在CAN控制器的类型及其产品越来越丰富,而且在不少半导体厂商出产的微控制器上,CAN总线的两个引脚CANH和CANL像普通串行口一样成了常规的设置。从人们熟知的8位MCS-51类型到32位高档的ARM类型单片机都可看到CAN的身影。不难想象,在世界范围内,在芯片制造者的心目中,CAN的特性和它的通用功能得到普遍的认可。CAN走过了二十多年的历程,技术日臻完善,它的应用也远远超出了最初的汽车领域,这说明其潜力可观。近几年中,CAN又得到长足的发展:一方面,它的控制器芯片的类型和数量越来越多,以至可以成为嵌入式系统的一个常规单元;另一方面,人们越来越多地关注到基于CAN的高层协议的制定和推广,其目标是实现同类现场总线产品的国际标准化,真正达到不同厂家的产品能互连通用。于是,以 CANopen和 DeviceNet为代表的规范也在我国逐渐为业界人士认识和接纳。与此同时,CAN的学者们也一直注意到基于事件触发的CAN原理在控制系统过程中某些条件下的不足之处,那就是多节点自由竞争时,由位仲裁决定访问总线优先权所带来的节点工作时间的不确定性,这种不确定性在严格的实时控制系统的一些特殊情况下会造成负面影响。为此,有人提出了时间触发CAN( TTCAN)的概念和原理,随之制定了 TTCAN的规范;尔后又有制造商推出支持 TTCAN的CAN控制器。特别值得赞许的是,TTCAN的数据链路层和物理层还是基于原有CAN的规范,也就是说,我们熟悉的CAN规范同样支持 TTCAN。 TTCAN有两个级别:级别1完全可以在现有CAN控制器基础上通过上层软件的设计而实现;级别2是在CAN控制器的硬件上增加一些单元,同时软件上也有所规范,这样实现起来就愈加完美。更灵活的是,时间触发方式和事件触发方式可以共处在同一系统设计中,发挥各自的长处。可以说, TTCAN主要还是属于高层协议。有关这些高层协议,请看本书的第9章介绍。五年多来,我们从初战告捷的喜悦开始与CAN结下不解之缘,尽管一路走过来困境重重,苦恼纷沓;但还是坚持着,初衷未变。真可谓:“非知之难,行之惟难;非行之难,终之斯难。所言信矣”。对CAN的亲身体验和这个领域的蓬勃生机在激励我们,能为这项技术的传播尽一份力量,为它的应用推广铺一小段路是值得的因此,也一直在为本书的再版作准备。本次再版中,首先修补原书中发现的错误或遗漏,对实践中遇到的普遍问题尽量给予补充说明。例如,在设置SJA1000位周期值时,位中的那几个段如何分配?在CAN节点的调试中应采用的步骤等。另外,更多的是这些年来国际上CAN的发展新成果,它们包括新器件、新论点和新协议。例如,第3章和第4章都增添了有代表性的常见新器件介绍;第9章专门介绍基于CAN的高层协议和 TTCAN。新的内容中也添入了我们近年来一些科研成果和体会,供大2现场总缄CAN原理与应用技术(第2版)家参考,它们主要反映在第6~8章。这里也引用了历届部分研究生在科研实践和毕业论文中的内容,他们是邹继军、郑勇芸、王进宏、鞠玉翔、王军波、庄乾成、李栓明、王玉玲和李子健等。本书第1~4章和第9章由饶运涛编写;第5章全部和第6~8章的大部分由邹继军编写;第6章第7章的其余部分由王进宏和郑勇芸等人编写。全书由饶运涛整编和定稿。无论在本书的第1版还是此次再版过程中,北京航空航天大学出版社的马广云博土和相关编辑人员都给予了热情的关注和支持,在此我们表示衷心的感谢。同时也要十分感谢本书所有参考资料的作者提供的大力帮助和热心的读者给本书提出的问题。由于我们所处条件和本身水平的限制,书中难于完整地反映CAN的发展成果难免有不妥之处,恳切希望同仁和读者朋友不吝指教。我们也想趁此机会向企业界的朋友发出合作的呼吁,希望在“要建设以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系”的过程中,优势互补,携手共进,使科研工作落到实处,让科研成果快速有效地转变为生产力。作者2007年4月于东华理工大学目录第1章计算机网络与现场总线1.1计算机网络体系的结构1.1.1物理层………1.1.2数据链路层125翻看·中看中·着··自·康。普·自自自自和非申着非非申鲁非非非暮串翻非着店福1.1.3介质访问控制子层MAC和逻辑链路控制子层LLC…1.1.4网络层画画幽7891.1.5传输层…1.1.6会话层………………………………………………………………101.1.7表示层……………………………………………………………101.1.8应用层……………………2现场总线b鲁非1.2.1什么是现场总线………………………新晶面面语面;最南·i着非111.2.2工业控制系统的发展1.2.3现场总线技术………………………………………………121.2.4现场总线的发展……………………………………………………121.3CAN总线………………………141.3.1CAN总线的发展历程141.3.2CAN总线的特点171.3.3CAN总线的位数值表示与通信距离…………18第2章CAN技术规范的介绍2.1简介…………………………………………………………………………202.2基本概念212.3报文传输…·着.·,申4“+·+·,·+t242.3.1帧格式………………………………………242.3.2帧类型………………………………………………………………242.3.3关于帧格式的一致性312.3.4发送器和接收器的定义…………………………322.4报文滤波…………………………………………………………………………322.5报文校验+·中?···电世日音面c322.6编码……322.7错误处理…………………""""…332.7.1错误检测…………"………………………33现场总线CAN原理与应用技术(第2版)2.7.2出错时发出的信号…··中···?·+-··中+··中中·,_·+?+,·+“··中++中品·332.8故障界定……………………………………………………………………………332.9振荡器容差…,和鲁甲鲁中申·垂………………352.10位定时要求…35第3章独立CAN控制器3.1芯片SJA1000的概述……………………383.2SJA1000的內部结构及SJA1000引脚定义393.3SA000在系统中的位置量面量量晋面晋面最非面由非申·垂。维d…………………413.4SJA1000的几个控制模块……3.5SJA1000的详细介绍……………………423.5.1与PCA82C200的兼容性……………………………………433.5.2比PCA82C200增加的功能……自量。甲单非单和。非静B…………………433.5.3 BasiCCaN模式中的寄存器及其功能描述…443.5.4 PelicAN模式中的寄存器及其功能描述…………………………………533.5.5公共寄存器擊普吾吾4吾庙于吾和画“音前画「p。…………………733.6SJA1000主要参数限额………783.7SJA1000位周期参数的确定…………783.7.1传播的延时…3.7.2同步······““,·中中:.··.::-.·.····a日s面面垂a803,7,3位定时条件的说明813.7.4计算规则…813.7.5计算规则的图解表示方式……………………………………823,7,6位定时参数的计算………………………………8438SJA1000与单片机的典型接口电路及其在 PelicAN模式中的地址分配示意图………………"……………………………:913.9带有SPI接口的独立CAN控制器MCP2515吾吾量如“面··933.10MCP2515功能介绍943.10.1概述由联自鲁非.看聊非◆……………………943.10.2发送/接收缓冲器……………"…!""………………963.10.3CAN协议引擎……………………………………………………….973.11MCP2515报文发送…983.11.1发送缓冲器983,11.2发送优先级··.::::···.···.······993.11.3启动发送··吾面吾面面看丰.····申非44菲甲非·,曹993.11.4单触发模式““+"·:.“··:·:···:·993.11.5 TORTs引脚………………………………………………,1003.11.6中止发送音4晋·。,,。。非申↓是甲;中+中普中a年…1003.11.7报文发送流程·,暂香加自申非100目录3.11.8与报文发送相关的寄存器……………………………1003.12MCP2515报文接收1033.12.1报文接收缓冲器、接收标志与中断……………………………1033.12.2接收优先级、滚存以及RXM位…………………………………………1043.12.3RX0BF和RX1BF引脚……………1053.12.4报文验收滤波器及屏蔽寄存器…1093.13MCP2515位定时…………………………………………1123.13.1CAN位时间与同步3.13.2对时间段编程1123.13.3位定时配置寄存器……………………………………………………1123.14错误检测与处理………………………………………………………1143.15MCP2515的中断………153.15.1中断代码位…1173.15.2发送中断…………1173.15.3接收中断………………………………………………1173.15.4报文错误中断……1173.15.5总线活动唤醒中断……183.15.6错误中断……………………………………………1183.15.7中断确认·甲·,晋:h·:中·····B..a“·中非丰;““品1183.16时钟振荡器.···4··++“““+“+··1183.16.1时钟振荡器启动定时器…4193.16.2 CLKOUT引脚…………………………………………………………1193.17复位………………1203.18工作模式………120318.1配置模式鲁鲁·普量量…………………………………:1213.18.2休眠模式,·.···中手音音吾i“a#a.a·—和面自·丰非非非.非41223.18.3只听模式………………1223.18.4回环模式…1223.18.5正常模式吾--.“‘····‘·····*·4···;;“““···++··"::1233.19寄存器映射表…南·····中·费:吾吾酯音画…………1233.20SPI接口…由a申.申··着···基事喜高…………………1243.20.1概述1243.20.2复位指令···看·申鲁普普1253.20.3读指令……1253.20.4读RX缓冲器指令………………………………1263.20.5写指令………………………………………1263.20.6装载TX缓冲器指令………………126320.7请求发送指令中暨晋面面面申电···4·申丰非1273.20.8读状态指令………127现场总线CAN原理与应用技术(第2版)3.20.9RX状态指令∴…………1283.20.10位修改指令。甲曲ta量“ ts Her普中T“.中··++中A4;看..哥鲁128第4章带CAN控制器的单片机4,1P8xC591在80C51基础上增加的特点和功能……………………………1304.2P8xC591概述…1314.3P8xC591引脚描述…………………………………………………1314.4P8xC591存储器结构135A.4.1P8xC591扩展的数据RAM寻址1364.4.2P8xC591双DPTR1384.4.3P8xC591AUXR1页寄存器………………1384.5P8xC591I/O功能1394.6P8xC591复位1394.7P8xC591CAN控制器局域网络1394.7.1P8xC591的 PeliCAN特性(比SJA1000增加的部分)…………………1394.7.2P8xC591的 PelicAN结构1404.7.3P8xC591的 PeliCAN控制器与CPU之间的通信…………………1404.7.4P8xC591的 PelicAN内部寄存器和报文缓冲区描述……………………1434.8CAN报文的发送………………………………………………………………………1654.8.1查询控制的发送1654.8.2中断控制的发送1654.8.3中止发送…………………………………………………………………………1664.9CAN报文的接收+「乎晋普上晋晋吾普翻亚音酯音备日面晶垂面晶音血面量量面h垂画由音p“曲南自曲墙1684.9.1查询控制的接收l684.9.2中断控制的接收………………………………1694.9.3数据溢出处理…714.9.4接收中断级或高优先级……1714,10自动位速率检测…….·.:....·.··4··,:;.:·:“中丰·1734.11CAN控制器自检测………………………………………………1764.11.1全局自检测……………1764.11.2局部自检测1774.12P8xC591的节电功能(对原51系列节电功能的扩展)…………………………1784,13AT89C51CC0x…………………………………………………………1784.13.1AT89C51CC03主要特征,·…1784.13.2AT89C51CC03结构…………………………………………1804.13.3芯片引脚和特殊功能寄存器总汇…………………………………184.14AT89C5lCC0x中断系统…1834.15AT89C51CC03时钟……………1854.16AT89C51CC03存储器系统……………………………………………………187录4.16.1AT89C51CC03 EEPROM数据存储器…晋品日“‘品和·.,世中····1884.16.2AT89C51CC03程序/代码存储器……………………………1904.16.3AT89C51CC03 Flash的结构:1914.17看门狗定时器…日1954.18AT89C51CC03的CAN控制器………………………1974,18.1AT89C51CC03的CAN控制器描述………………………………1974,18.2AT89C51CC0x的CAN控制器管理…………2014.18.3AT89C51CC0x的CAN中断管理2024.18.4AT89C51CC0x位定时和波特率…………………………2034.18.5AT89C51CC0x接收滤波…2054.19AT89C51cC0x时间触发通信(TTC)和报文时戳………2054.20AT89C51CC0xCAN的自动波特率和收听模式………………………2064.21AT89C51CC0x中CAN寄存器的详细描述…2074,22AT89C51CC0x程序举例………鲁看鲁看··着事非画……………2184.23其他几类带CAN控制器的单片机简介…220第5章CAN总线收发器5.1CAN总线收发器82C250………2245.1.1概述………………………2245.1.282C250功能框图…2245.1.382C250功能描述……………………………2255.2CAN总线收发器TJA1050………………………………2265.2.1概述·······甲·.t·甲甲.座晋量音面;2265.2.2TA1050功能框图………………………………2275.2.3TA1050功能描述·········.·吾王吾“.qB···a非咱2285.3PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较和升级…2295.3.1简介…………………"…“………2295.3.2C250/251与TA1050、TJA1040之间的区别…2295.3,3引脚………暑唯………………"…………………23053.4工作模式·.···:··4··4·““‘+····t………2305.3.5互用性…2325.3.6硬件问题2335.4单线CAN收发器MC3397…·「兽兽要面b备新萌画…2355.4.1概述…………………………::::·…····甲·4;2355.4.2MC33897功能框图与功能描述………2355.4.3典型应用……………品“中普维“非…2365.5总线长度及节点数的确定…·自··.···平吾吾看“丽画和··“………2375.6总线终端及网络拓扑结构...“““········.#··+·+::::本:·.:∴2395.6.1分离终端中曹鲁情量康血串和。…239