CAN现场总线系统的设计与应用PDF电子书下载

第1章 现场总线控制系统概述 1

1.1 控制系统 1

1.2 现场总线技术 2

1.2.1 现场总线控制系统 3

1.2.2 现场总线的特点 3

1.2.3 现场总线的本质 7

1.2.4 现场总线的作用 8

1.3 几种有影响的现场总线 10

1.3.1 基金会总线 10

1.3.2 LonWorks 11

1.3.3 Profibus 11

1.3.4 HART 11

1.3.5 CAN 12

1.3.6 INTERBUS 12

1.3.7 CC-Link 13

1.3.8 P-Net 14

1.3.9 SwiftNet 14

1.3.10 AS-i 15

1.3.11 RS-485 15

1.4 CAN现场总线简介 15

1.4.1 CAN现场总线特点 16

1.4.2 CAN现场总线的发展过程 16

1.5 小结 17

1.6 思考题 17

第2章 CAN总线概念及相关协议 18

2.1 CAN总线概念 18

2.2 CAN总线概述 18

2.2.1 CAN总线的相关概念 19

2.2.2 CAN总线的特点 23

2.3 报文传输 24

2.4 CAN总线帧类型 25

2.4.1 数据帧组成 26

2.4.2 远程帧 29

2.4.3 错误帧 29

2.4.4 过载帧 30

2.4.5 帧间空间 31

2.5 发送器／接收器 32

2.6 错误处理 33

2.6.1 错误检测 33

2.6.2 错误标定 34

2.6.3 故障界定 34

2.7 位定时要求 35

2.7.1 标称位速率 35

2.7.2 标称位时间 36

2.7.3 同步 37

2.7.4 协议修改 38

2.7.5 CAN的标准接口 39

2.8 CAN总线的拓扑结构及通信方式 39

2.8.1 CAN总线的网络拓扑结构 39

2.8.2 CAN总线系统的通信方式 41

2.9 小结 42

2.10 思考题 42

第3章 控制器SJA1000与收发器TJA1050 43

3.1 SJA1000介绍 43

3.1.1 SJA1000特点 43

3.1.2 总体说明 44

3.1.3 CAN控制模块的说明 45

3.1.4 CAN控制器的详细说明 46

3.1.5 BasicCAN模式 47

3.1.6 PeliCAN模式 57

3.1.7 命令寄存器 79

3.2 TJA1050介绍 86

3.2.1 CAN收发器介绍 86

3.2.2 CAN高速收发器的一般应用 87

3.2.3 TJA1050特征 88

3.2.4 TJA1050工作模式 89

3.2.5 关于EMC 90

3.2.6 电源和推荐的旁路电容 92

3.2.7 地电平偏移的问题 93

3.2.8 不上电的收发器 95

3.2.9 用TJA1050代替PCA82C250 97

3.2.10 总线网络的问题 98

3.3 小结 101

3.4 思考题 101

第4章 SJA1000独立CAN控制器的应用 103

4.1 SJA1000的特征及节点结构 103

4.1.1 SJA1000的特征 103

4.1.2 CAN节点结构 104

4.1.3 应用结构图 105

4.2 CAN节点系统设计 105

4.2.1 电源 106

4.2.2 复位 106

4.2.3 振荡器和时钟策略 106

4.2.4 睡眠和唤醒 107

4.2.5 CPU接口 107

4.2.6 物理层接口 108

4.3 控制SJA1000的基本功能和寄存器 109

4.3.1 发送缓冲器／接收缓冲器 110

4.3.2 验收滤波器 111

4.4 CAN通信的功能 115

4.4.1 系统初始化 116

4.4.2 传输 120

4.4.3 中止发送 123

4.4.4 接收 123

4.4.5 中断 127

4.5 PeliCAN模式的功能 129

4.5.1 接收FIFO／报文计数器／直接RAM访问 129

4.5.2 错误分析功能 131

4.5.3 仲裁丢失捕捉 134

4.5.4 单次发送 135

4.5.5 仅听模式 136

4.5.6 自动位速率检测 136

4.5.7 CAN的自测试 136

4.5.8 接收同步脉冲的产生 137

4.6 确定CAN总线位定时参数 138

4.6.1 CAN位定时关系概述 139

4.6.2 位定时要求的规定 143

4.6.3 计算位定时参数 147

4.7 基于SJA1000控制器设计CAN节点 153

4.7.1 智能检测仪的硬件设计 153

4.7.2 CAN节点通信程序设计 155

4.8 基于SJA1000 CAN控制器智能节点的开发 161

4.8.1 SJA1000 CAN控制智能节点的功能 161

4.8.2 SJA1000 CAN控制智能节点的硬件设计 161

4.8.3 SJA1000 CAN控制智能节点的软件设计 165

4.8.4 完整代码分析 165

4.9 小结 178

4.10 思考题 178

第5章 带有SPI接口的独立CAN控制器MCP2510 180

5.1 器件功能介绍 180

5.1.1 CAN独立控制器MCP2510特性 180

5.1.2 MCP2510控制器概述 181

5.1.3 发送／接收缓冲器 183

5.1.4 CAN协议引擎 183

5.1.5 协议有限状态机 184

5.1.6 循环冗余校验 184

5.1.7 错误管理逻辑 184

5.1.8 位时序逻辑 184

5.2 CAN报文帧 185

5.2.1 标准数据帧 185

5.2.2 扩展数据帧 185

5.2.3 远程帧 187

5.2.4 错误帧 187

5.2.5 过载帧 188

5.2.6 帧间间隔 188

5.3 报文发送 189

5.3.1 发送缓冲器 189

5.3.2 发送优先级 189

5.3.3 发送启动 190

5.3.4 TXnRTS引脚 190

5.3.5 中止发送 190

5.4 报文接收 194

5.4.1 报文接收缓冲器 194

5.4.2 接收缓冲器 194

5.4.3 接收优先级 195

5.4.4 RX0BF和RX1BF引脚 197

5.4.5 报文验收滤波器及屏蔽寄存器 200

5.5 位定时 203

5.5.1 时间份额 203

5.5.2 同步段 204

5.5.3 传播段 204

5.5.4 相位缓冲段 204

5.5.5 采样点 205

5.5.6 信息处理时间 205

5.5.7 同步 205

5.5.8 对时间段编程 206

5.5.9 振荡器容差 207

5.5.10 位定时配置寄存器 207

5.6 错误检测 208

5.6.1 CRC错误 208

5.6.2 确认错误 209

5.6.3 格式错误 209

5.6.4 位错误 209

5.6.5 位填充错误 209

5.6.6 错误状态 209

5.6.7 错误模式和错误计数器 209

5.7 中断 211

5.7.1 中断码位 211

5.7.2 发送中断 212

5.7.3 接收中断 212

5.7.4 报文错误中断 212

5.7.5 总线活动唤醒中断 212

5.7.6 错误中断 212

5.7.7 中断确认 213

5.8 时钟振荡器 214

5.8.1 时钟振荡器启动定时器 215

5.8.2 CLKOUT引脚 216

5.9 工作模式 216

5.9.1 配置模式 216

5.9.2 休眠模式 217

5.9.3 监听模式 217

5.9.4 回环模式 218

5.9.5 正常模式 218

5.10 寄存器映射表 219

5.11 SPI接口 220

5.11.1 概述 220

5.11.2 读指令 221

5.11.3 写指令 221

5.11.4 请求发送指令（RTS） 221

5.11.5 状态读指令 221

5.11.6 位修改指令 221

5.11.7 复位指令 222

5.12 基于MCP2510实现CAN通信的最小节点 224

5.12.1 复位MCP2510 224

5.12.2 设置位定时器 225

5.12.3 设置屏蔽和滤波器 227

5.12.4 设置正常模式 228

5.12.5 设置发送缓存器 229

5.12.6 接收和处理报文 230

5.13 小结 232

5.14 思考题 232

第6章 基于MCP2510控制器开发CAN总线节点 234

6.1 CAN-EPP接口设计与实现 234

6.1.1 EPP的概念 234

6.1.2 EPP并行口结构及引脚定义 235

6.1.3 并行口逻辑 236

6.1.4 EPP和CAN的连接 236

6.2 底层模块的设计与实现 238

6.3 基于PIC12C672微处理器实现CAN总线分析 239

6.3.1 系统描述 239

6.3.2 报文标识符格式 240

6.3.3 硬件设计规划 241

6.3.4 硬件的设计 242

6.3.5 MCU初始化软件模块实现 242

6.3.6 MCP2510初始化软件模块 246

6.3.7 中断服务程序 251

6.3.8 错误操作软件实现 257

6.4 PIC 16F87X在CAN通信中的应用 259

6.4.1 PIC单片机优点和特点 259

6.4.2 模块硬件电路 261

6.4.3 软件清单 263

6.5 完整的CAN采集节点的开发 274

6.5.1 CAN-NET节点板功能 274

6.5.2 节点模块的软件函数 278

6.5.3 代码实现分析 278

6.6 小结 302

6.7 思考题 302

第7章 基于32位微处理器和MCP2510实现多种CAN智能节点 303

7.1 ARM内核LPC2132处理器 303

7.1.1 LPC2132微处理器 303

7.1.2 LPC2132微处理器引脚描述 304

7.2 实现CAN节点基本功能 307

7.2.1 CAN节点最小系统的功能 307

7.2.2 CAN节点最小系统的硬件设计 307

7.2.3 CAN节点最小系统数据收发软件实现 311

7.2.4 微处理器与MCP2510实现CAN数据收发的函数库 328

7.3 模拟量输入CAN接口模块设计 329

7.3.1 LPC2132集成A/D控制器介绍 329

7.3.2 A/D寄存器描述 330

7.3.3 集成A/D控制器的基本操作 331

7.3.4 模拟量输入CAN接口模块的功能 332

7.3.5 模拟量输入CAN接口模块硬件设计 332

7.3.6 模拟量输入CAN接口模块软件编程实现 334

7.3.7 高精度A/D控制器TLC2543的功能描述 340

7.3.8 高精度A/D转换硬件实现方案 341

7.3.9 高精度A/D TLC2543驱动程序 341

7.4 开关量输入CAN接口模块设计 343

7.4.1 开关量输入CAN接口模块概述 343

7.4.2 开关量输入CAN接口模块硬件设计 344

7.4.3 开关量输入CAN接口模块软件设计 344

7.5 计数器输入CAN接口模块设计 346

7.5.1 计数器输入CAN接口模块概述 346

7.5.2 计数器输入CAN接口模块硬件设计 347

7.5.3 计数器输入CAN接口模块软件设计 347

7.6 模拟量输出CAN接口模块设计 350

7.6.1 模拟量输出D/A转换器MAX532介绍 351

7.6.2 MAX532的读／写时序 351

7.6.3 模拟量输出CAN模块电路设计 352

7.6.4 模拟量输出CAN模块驱动程序设计 355

7.7 开关量输出CAN接口模块设计 358

7.7.1 开关量输出CAN接口模块概述 358

7.7.2 LPC2132脉宽调制器的特性 359

7.7.3 控制PWM输出规则 359

7.7.4 LPC2132微处理器的PWM操作方法 362

7.7.5 开关量输出CAN接口模块电路设计 363

7.7.6 开关量输出CAN接口模块软件设计 363

7.8 RS-232或RS-485转CAN接口模块设计 365

7.8.1 RS-232或RS-485转CAN接口模块电路设计 365

7.8.2 RS-232或RS-485转CAN接口模块的功能 365

7.8.3 RS-232或RS-485转CAN接口模块的软件设计 368

7.9 以太网转CAN接口模块设计 371

7.9.1 以太网转CAN接口模块的功能 371

7.9.2 嵌入式网关的电路设计 372

7.9.3 嵌入式网关的软件实现 372

7.10 小结 378

7.11 思考题 378

第8章 CAN总线应用层协议 380

8.1 CANopen应用层协议 380

8.1.1 CANopen应用层协议概述 380

8.1.2 CAL协议 381

8.2 CAN应用层协议CANopen 382

8.2.1 对象字典OD 382

8.2.2 CANopen通信 384

8.2.3 CANopen预定义连接集 387

8.2.4 CANopen标识符分配 388

8.2.5 CANopen boot-up过程 389

8.2.6 CANopen消息语法细节 390

8.3 CANopen总结 400

8.4 CAN应用层协议DeviceNet 400

8.4.1 DeviceNet概述 400

8.4.2 DeviceNet协议特性 401

8.4.3 DeviceNet对象模型 402

8.4.4 DeviceNet的连接及报文协议 404

8.4.5 设备描述与EDS文件 407

8.4.6 一致性测试 407

8.4.7 DeviceNet节点的开发步骤 408

8.4.8 设备描述的规划 412

8.4.9 设备配置和电子数据文档（EDS） 412

8.5 CAN应用层协议I-CAN 416

8.5.1 CAN-bus应用层协议 416

8.5.2 通信协议的基础 417

8.5.3 I-CAN协议的术语 418

8.5.4 I-CAN协议组成结构 418

8.5.5 I-CAN协议中报文格式 418

8.6 小结 427

8.7 思考题 427

第9章 基于CAN智能节点组成控制网络系统的应用 428

9.1 基于CAN现场总线控制网络的洞库环境监控系统 428

9.1.1 选择CAN现场总线组成监控系统的方案优势 428

9.1.2 控制系统的结构 428

9.1.3 通信系统的组成结构 429

9.2 基于CAN网络的变电站综合自动化系统 431

9.2.1 变电站综合自动化系统的结构 431

9.2.2 变电站综合自动化系统的通信 432

9.2.3 开发CAN总线网络结构的测控装置的意义 432

9.2.4 基于CAN总线网络的测控装置的结构和功能 433

9.2.5 交流测量模块的结构和工作原理 434

9.2.6 直流及测温模块的结构和工作原理 437

9.2.7 开关量输入模块的结构和工作原理 440

9.2.8 开关量输出模块的结构和工作原理 441

9.2.9 CAN通信规约 442

9.3 小结 443

9.4 思考题 443

附录A 444

参考文献 447