接口和总线-1

1、第8章 接口系统与总线 1 IEC625接口 2 CAMAC系统简介 3 HPIL接口系统简介 4 CAN总线系统 5 I2C总线 6 VXI总线系统 7 RS-232C接口 8 现场总线 9 数据采集接口,接口与总线系统是组建智能检测系统的关键之一。配备了标准接口后,设计者可以任意组合,完成所要求的智能测量与控制系统,简化组建过程,降低系统成本,提高效率。标准接口与总线的推行实施,对于推动和发展智能检测技术具有重要意义。 现在介绍目前国际较为流行的几种标准接口与总线。,一、IEC625接口,1. IEC接口系统概述 1977年,国际电工委员会(IEC)公布了一个标准化文件IEC6251,即可

2、程控测量仪器的接口系统标准。该标准对IEC625接口系统应具备的功能、电气性能、力学性能、结构尺寸等都作了统一规定。其后,IEC又对此标准进行了修订,形成了IEC625179 和IEC-625-2-80标准,俗称IEC-625标准或IEC标准。,IEC625179 :可程控测量仪器的接口系统,第一部分:功能规范、电气规范、机械规范、系统应用及对设计者和使用者的要求; IEC-625-2-80:可程控仪器的接口系统,第二部分:代码和格式惯例.,1975年和1978年,美国电气与电子工程师学会(IEEE)也先后发布了标准化文件IEEE-488-1975和IEEE-488-1978,其内容与IEC-

3、625文件基本相同,但IEC625规定各可程控仪器使用25芯针形接插件作为互相联接的插座,而IEEE-488规定使用24芯簧片式接插件,二者在其他要求方面完全一致。,IEC625接口系统在不同的国家和地区有不同的名称,如GP1B、HP-1P、IEEEBUS、ASCIIBUS、PLUSBUS等等。但最常用的为IEC625或IEEE-488接口系统,欧洲生产的检测仪器和检测系统多采用IEC625标准,美国、日本等国生产的仪器设备多采用IEEE488标准。,我国原机械工业部和电子工业部也于1985年先后公布了可程控测量仪器的接口标准ZBY207.1-84和ZBY207.2-84(与IEC625、IE

4、EE-488等效)。1986年,这二个标准又上升为国家标准,我国的检测设备采用这二个国家标准,实际与IEC625、IEEE-488标准相同。,凡符合IEC-625标准的接口系统,简称为IEC接口系统。配置IEC接口的仪器简称为IEC仪器(智能检测系统中称为分机)。IEC接口系统包括了IEC总线、IEC仪器的接口以及IEC接口系统中的控制器。 IEC仪器(分机)、IEC控制器用IEC总线联接起来就组成以IEC接口系统为基础的智能检测系统。,IEC接口系统不仅在智能检测领域,而且在计算机、导航、通信、雷达、电视、宇航、核物理、医疗、环保以及工业过程自动控制等众多部门都获得了广泛的应用。目前,国外生

5、产的大多数检测系统和检测仪器都配有IEC625或IEEE-488接口,国内带有这类接口的检测设备也在迅速发展之中。,2IEC总线的结构 IEC-625接口系统是并行数据传送的接口系统。 IEC总线由16根双向传送信号的通信线构成,利用这16根IEC总线,可将IEC仪器(分机)联接成系统。其中8根是数据总线,3根是联络总线,还有5根是管理总线。 1)数据总线 8根数据总线用来传送命令和数据,采用8位并行、字节串行的方式传送数据。编码方式主要采用ISO码。,2)联络总线 3根联络总线用来传送联络消息。在智能检测系统中,各分机传送数据的速率不一定相同,当它们通过数据总线相互交换数据时,如果不采用一定

6、措施,很难保证数据的可靠传送。在IEC接口系统中,利用联络总线发送联络消息,建立所谓的三线联络方式,以保证不同速率的分机之间数据传送的可靠性。 3)管理总线 5根管理总线上传送的是管理消息,用它们来管理IEC接口的工作。,在IEC总线上传送的消息(命令、数据或信号)一律采用TTL电平,并用负逻辑表示其逻辑关系。如表1所示,当某一消息为逻辑1时,说明它处在TTL低电平,同时也表示它有效、被激励或为真。若为逻辑0时,则说明它处在TTL高电平,同时也表示它无效、未激励或为假。,表1 消息的表示法,表1 消息的表示法,A. 检测系统的职能 系统工作时,不同的IEC分机承担着不同的任务,或者说,行使着不

7、同的职能。这些职能主要有: (1)数据源职能 数据源的任务是通过IEC总线向主机或其他分机(受信器)发送消息。根据发送的消息的性质不同,数据源可进一步分为控者和讲者二种职能。控者发送的是接口消息,即接口命令,用它来控制各分机IEC接口的工作。讲者发送的是检测系统消息,主要包括:,1)状态数据表明分机工作情况的数据。2)测量数据分机进行测量后的结果数据。3)程控数据用来规定分机工作时的方式、状态、参数的数据,如设定其量程用的数据。 因此,检测系统消息是那些只与检测系统本身功能有关的数据、信号和命令,而与IEC接口无关。,(2)受信器功能 智能检测系统中的主机或分机都可以作为受信器,受信器的任务是

8、从IEC总线接收数据源发送来的消息。根据所能接收的消息的性质不同,受信器又可进一步分为一般受者和听者二种联能。它们的区别是:听者能接收检测系统消息,而一般受者则不能。,智能检测系统中的主机与分机究竟担任什么职能,是由系统中的控制器(主机)根据系统的工作需要来任命的。检测系统能否实施规定的职能,则决定于其IEC接口电路中是否配备了相应的功能电路。,主机通过发送一系列接口命令和管理消息来控制整个智能检测系统的工作。例如,使IEC仪器复位;控制它们进入远地工作状态;任命它们为讲者或听者;启动它们工作;了解它们的工作情况;安排它们之间的数据交换;接受它们的服务请求等等。控者通常是由主机来担任。当系统中

9、只有一台计算机时,它是当然的控者,不必任命。若系统中有多台计算机工作时,某一段时间里,哪一台作为控者工作,则必须任命。,听者是由控者来任命的。受信器接收听址命令后,就可成为听者。被任命为听者后,就有能力接收检测系统的消息。讲者也是由控者任命的,受信器接收讲址命令后,就成了讲者,具备了发送检测系统消息的能力。因此,在未被任命前,讲者和听者都是一般受者,它们不具有发送或接收检测系统消息的能力。 检测系统消息主要是各分机的检测信息。,控者还可发送接口命令来撤消原来的讲者和听者的任命。 工作过程中,一个分机可行使不同的职能。例如,讲者分机也可兼有听者职能,它既能发送消息,也能在检测过程的某个阶段接收消

10、息。不同职能的分机,其IEC接口中配置的功能电路不同。,BIEC总线上的消息 (1)管理消息 5根管理总线及其上所传送的消息的名称是ATN、IFC、REN、SRQ和EOI,它们的作用如下: 1)ATN (Attention,注意) ATN消息由控者通过ATN总线发送,要求系统中各IEC分机注意下列情况: ATN有效时(即ATN=1),控者占用8根数据总线,发送接口消息。,ATN无效时(即ATN=0),讲者占用8根数据总线,发送检测系统消息。因此,控者通过发送ATN=1和ATN =0,来达到占有数据总线使用和出让数据总线给讲者使用的目的。2)IFC(Interface Clear,清除接口) I

11、FC消息由控者通过IFC总线发送,用来清除所有分机的IFC接口,使之复位到空闲状态。IFC消息是一负脉冲信号,其宽度应不小于100s。,3)REN(Remote Enable,开放远地控制) REN消息由控者通过REN总线发送,使所有仪器具备进入远地工作方式的条件。4)SRQ(Service Request,服务请求) 除控者外,所有分机均可通过REN总线发送SRQ消息,用来向控者请求服务。,5)EOI (End or Identify,结束或识别) 控者和讲者都可使用EOI总线发送消息,但作用不同。当ATN=1时,控者可使用EOI总线发送IDY消息,即IDY=ATNEOI IDY称为识别消息

12、,控者通过发送此消息来执行一次识别各分机工作状态的操作。这种操作称为并行点名。,当ATN=0时,讲者要使用EOI总线发送END消息,即END=EOI END称为“结束”消息,讲者发送检测系统消息到达最后一个字节时,应同时驱动EOI,发送“结束”消息,以表明检测系统消息发送结束。 表2列出了EOI消息的二种不同功能。,表2 EOI消息的不同功能,表1 消息的表示法,(2)数据总线 用DI01DI08表示8位数据总线。DI01为最低数据位,DI08为最高数据位。在ATN =1时,控者用数据总线发送接口消息,ATN =0时,讲者用数据总线发送检测系统消息。,(3)联络消息 三根联络线及其上传送的消息

13、分别为DAV、NRFD和NDAC。1)DAV (Data Valid,数据有效) DAV消息是由数据源通过DAV总线向受信器发送的联络消息。DAV=1表示数据源发送的接口消息或检测系统消息已稳定在数据总线上,受信器可开始接收它。,2)NRFD (Not Ready For Data,未准备好接收数据) NRFD消息是由受信器通过NRFD总线发送给数据源的联络消息,以此通知数据源,受信器是否已准备好接收接口消息或检测系统消息。NRFD=1时,表示未准备好。3)NDAC (Not Data Accepted,未接收到数据) NDAC消息是受信器发送的,以此通知数据源,受信器是否已接收到一个消息字节

14、,NDAC=1表示尚未接收到该消息字节,NDAC=0表示已接收到该消息字节,数据源可以准备发送下一个消息字节。,智能检测系统在传送消息时,每次只允许一个数据源使用数据总线发送一个消息字节,但允许有多个受信器同时接收此数据。每个受信器都有一条RFD线(“准备好”线)直接与NRFD总线相接,用以发送RFD消息(准备好消息),以表明该受信器是否已准备好接收消息字节。NRFD总线上的NRFD消息即是各受信器发来的RFD消息的合成。只有当各受信器都“准备好”时(即全部RFD=1),才会使NRFD消息无效,即NRFD=0。否则,NRFD=1。,因此有 (1)或(2)式中,RFDi (i=1,2,n)为分机

15、i的准备好消息。如果和NRFD消息一样,所有RFDi消息也可用负逻辑表示,那么,只要将它们通过开集电极反相器反相后就要直接加到NRFD总线上形成NRFD消息。因此,可采用图la所示电路实现逻辑表达式(2)。,同样,每个受信器都有自己的DAC线(“数据已收到”线)用来发送DAC。NDAC消息是各DAC消息的合成,只有各受信器都收到数据时(所有DAC=1),才能使NDAC消息无效,即:NDAC=0,如果用DACi,i=1,2,n表示仪器i“数据已收到”消息,则有: (3)(4),当采用负逻辑表示DACi时,同样可用开集电极反相器电路来实现逻辑表达式(4),如图1（b）所示。图1（c）为SRQ消息电

16、路。 图1 产生NRFD、NDAC、SRQ信号的电路,智能检测系统的大多数分机都可以成为数据源,因此系统中有多个数据源。各数据源本身的DAV线和数据线应通过三态门电路接到DAV总线和DI01DI08数据总线上去。每次只允许一个数据源发送消息字节,只有在三态门选通时,该数据源才能向IEC总线发送DAV消息的接口/检测系统消息。,每次通过数据总线DI01DI08传送一个消息字节时,由数据源发送DAV消息,告知对方,欲发送的消息字节是否已稳定在数据总线上,由受信器发送RFD和DAV消息,以表明各受信器是否都准备好接收消息字节以及是否都已接收到消息字节。这样可保证消息字节标志的可靠性。这种传送方式也称

17、为三线联络,图2为三线联络过程的波形关系,联络过程如下:,图2 三线联络波形图,1)数据源将欲发送的消息字节加到数据总线DI01DI08上,同时读人NRFD消息,检验NRFD是否为零,以了解各受信器是否都已准备好接收此消息字节。2)因各受信器工作速度不同,它们到达准备好状态的时刻也不同,即发送RFD时刻也不同。只有所有受信器的RFD=1时,才有NRFD=0,这时,NRFD消息为TTL高电平,表示所有受信器都处于已准备好接收数据状态。,3)数据源一旦检验到NRFD=0时,即发送DAV=1(为TTL低电平),通知所有受信器,消息字节己稳定在数据总线上,可开始接收。然后读入NDAC消息,检验NDAC

18、是否为零,以了解各受信器是否都已接收到消息字节。4)各受信器接收到DAV=1时,就开始接收数据总线上的消息字节,同时恢复NRFD消息,使NRFD=1,表示现在正在接收消息字节,处于未准备好状态。,5)每个受信器接收完一个消息字节时,即发送DAC=1,当所有受信器都接收完该消息字节时,就有NDAC=0,此时,NDAC消息为TTL高电平。6)数据源检验到NDAC=0时,就发送DAV=0,通知各受信器,该消息字节已传送完成,变为无效。7)各受信器接收到DAV=0时,就恢复NDAC消息,即使NDAC=1。至此，一个消息字节传送完成，三个联络消息复原到初始状态，完成了一次联络。当要传送下一个消息字节时，

19、再重复上述的联络过程。三线联络流程如图3所示。,图3 三线联络流程图,1)消息字节传送时，NRFD=0标志一个消息字节传送的开始，而NDAC=0标志其传送的完成。2)只有在DAV=1时,各受信器才开始接收数据。3)智能检测系统中数据传送的速度是由传送和处理数据速度最慢的分机来决定的,通常用DAV消息的有效宽度来估计系统的工作速度。三线联络参与了每个消息字节的传送,可保证快速分机与慢速分机之间可靠地交换数据。,CIEC总线系统的工作概况 图4是一个用IEC总线联成的储粮参数智能检测系统,由带有IEC接口的主机(PC机)、分机A(温度测量)、分机B(湿度测量)、分机C(水分测量)和分机D(打印机)

20、组成。计算机的IEC接口配置了控者、讲者和听者三种职能的功能电路。作为控者工作时,发送接口消息和管理消息,控制整个系统的工作。,作为讲者工作时,发送检测系统消息。特别是发送程控数据,不规定各听者分机的工作方式、状态和参数。例如,发送程控数据给分机A,规定它的测量点和量程,主机为讲者。当分机A在完成数据采集,将测量信号传送给主机时,主机成为听者。主机通过接收状态数据来了解系统中各分机的工作情况。当主机以控者身份工作时,可以任命自己为讲者或听者,或取消这种任命。,图4 用IEC总线组成的储粮参数智能检测系统,打印机的IEC接口配置了听者功能电路。被任命为听者后,接收程控数据,确定打印方式和格式。同

21、时可接收测量结果数据和状态数据进行打印。,3IEC系统的功能结构 从功能角度出发来分析智能检测系统的结构,则所有IEC分机都可看成由检测系统功能(主要包括分机的检测功能和主机的信息处理功能)和接口功能二大部分组成,如图5所示。接口功能部分还可进一步细分。,各功能部分的作用如下:(1)分机功能单元 智能检测系统分机的功能单元用来完成分机本身规定的任务,例如图4所示的储粮参数智能检测系统,分机A、B、C分别用来检测仓内粮食和空气的温度、空气湿度、粮食水分含量,均以数字形式输出各测量点的测量结果。,不同的IEC分机具有不同的分机功能单元,其功能指标和电路组成完全由系统设计者根据使用要求来决定,不受I

22、EC625标准文件规定的限制,但各分机功能单元必须是可程控的,分机消息的编码和格式应尽量地向IEC6252规定的标准靠拢,以方便系统的组建。,(2)IEC接口 能检测系统的IEC接口用来实现主机与各分机、分机与分机之间在信号级或命令级水平上的相兼容,使它们能用IEC总线联接起来组成系统。 接口功能单元的作用是能产生各种管理消息和接口命令,或者能接收这些消息和命令,并完成相应的操作;能被任命为讲者、听者、或控者,实施这些职能的工作;能进行三线联络。,图5 IEC系统的功能结构,IEC标准文件为IEC接口规定了十种不同的接口功能,如表3所示。文件对每个功能所应执行的操作都作了详细的说明。按这些规定

23、和说明,就可以设计出相应功能单元的电路。,表3 IEC接口功能,二、CAMAC系统简介,CAMAC是并行数据传送的接口系统,适用于组建大型快速的智能检测与控制系统。与IEC-625系统相比,它有如下特点: 1)控制器和分机都设计成插件板形式,插入标准的CAMAC机箱中,机箱和插件板都有规定的机械结构和尺寸,如图6所示。,图6 CAMAC机箱及插件,2)机箱的空间被划分成25个插件板空间位置,每个位置称为站,从左到右分别编号为1号站、2号站、直到25号站。每个站的背部都配置有机箱总线的连接插座,上、下面都装有导轨,以插入一块插件板。 3)插件板带有前面板,后部装有连接插头。每块插件占有一个站的宽

24、度。一个功能组件或一个程控分机可以由一块或几块插件板构成。,4)机箱中1到24号站称为普通站,最右边的第25号站为控制站。控制站中插入的是机箱控制器插件。普通站插入的是分机或功能组件的插件。机箱控制器除占有第25号控制站外,规定还应占有一个普通站(第24号站)或一个以上的变通站。因为单靠一个控制站,其插座的接点不够用。 5)各插件通过机箱背部的机箱总线相连接。机箱总线又称为机箱通道或数据路。共有86根。用它来传送数据、控制信号和提供电源。,6)机箱控制器一方面通过机箱总线来管理普通站上各功能插件的工作,另一方面,通过接口与外部计算机相接,接受后者的控制。各功能插件一方面通过机箱总线接受机箱控制

25、器的控制,另一方面,也可通过接口与外部仪器、传感器等相接,如图7所示。,图7 CAMAC机箱与外界的连接示意图,7)最简单的CAMAC系统由一个机箱组成,称为单机箱系统。复杂的CAMAC系统可由多个组成。单机箱系统的最简单的配置可以由一个机箱控制器(占有24、25号站)和一个功能插件(占有一个普通站)组成。CAMAC系统可以以机箱为单位进行扩展。,单机箱系统有以下功能和特点:1)最多可插入23个功能插件。2)86根数据总线。3)机箱总线上传送的数据字长为24位。读数据线和写数据线分开,各占24根传送线。因此,读、写数据线都是单方向的。4)每个普通站占有一个站地址和16个子地址。站地址由控制器通

26、过专用站地址线发送给每个普通站。一个单机箱系统直接可寻址容量为1624=384 个单元或部件。,5)各普通站之间的数据交换都要通过机箱控制器,不能直接进行。6)机箱总线的命令周期为1s。7)机箱总线上信号为TTL电平、负逻辑,工作方式是同步制。,CAMAC系统是属于命令级水平相兼容的系统。由于标准化程度高、系统组建灵活方便,应用广泛。 CAMAC功能插件已有上千种不同型号的产品,为其在核物理、生产过程控制、实验室自动化、交通管理、医疗保健、宇航、天文、环境保护等各方面的应用提供了坚实的基础。我国从70年代起就开始开发应用CAMAC系统,并成功研制了加速器控制、风动实验的过程测控、飞行体地面实验

27、等一批性能优良的自动测控系统。,三、HPIL接口系统简介,HPIL接口系统是串行数据传送的接口系统,它是由美国HP公司为便携式仪器设计的一种低成本低功耗的标准化接口,可以用来组建低速的小型化智能检测系统。 配置HPIL接口的智能检测系统简称为IL系统。IL系统采用环形链式联接方式,环路中的消息以串行方式一位一位地进行传送。在串行传送时,一个消息字节称为一帧消息,一帧消息由11bit(位)组成。,IL系统与IEC系统相似,也是由接口功能单元和分机功能单元二部分组成。HPIL规定了十二种接口功能,即:C、T、L、AH、SH、SR、RL、DT、DC、PP、PD和AA。其中,前十种功能与IEC接口功能

28、完全相同,为了用户方便,另加了新功能PD(降功率使用功能)。图8给出了IL系统的功能结构。,图8 IL仪器的功能结构R接收器 SH源联络 SR服务请求 D驱动器 AH受者联络 RL远控/本控 DD程控命令 C控功能 DC仪器清零 AA自动寻址 T讲功能 PP并行点名 PD降功率 L听功能 DT仪器触发,像IEC系统一样,在IL系统中,IL分机也可分别以控者、讲者或听者身份工作。控者发送命令帧(包括接口消息和管理消息),管理和控制环路中消息的传送,一个系统中可以有几个分机轮流担任责任控者。讲者发送数据帧(检测系统消息),听者接收它们。任何时刻只能有一个讲者发送数据,但可以有几个听者同时接收数据。

29、,由控者或讲者发送的消息帧,应依次被环路中的每个IL分机接收。其中有的分机还应执行相应的操作。每个IL分机应把接收到的消息帧重发给下游分机,直到该消息帧又回到原发地址才算完成一次传送。一次典型的环路工作过程如下:1)控者发送UNL命令帧,取消原听者任命。2)发送讲寻址命令TAG,任命一个分机为讲者。,3)发送一条或几条听寻址命令LAG,任命一个或几个分机为听者。4)发送一条专门消息(相当于发送ATN=0),起动讲者和听者传送数据。讲者截留此消息,代之以数据帧发送给下游听者。5)讲者发送到最后一帧数据时,应附加结束标志(相当于发送EOI=1)。控者截留此帧数据后,恢复对环路的控制,继续发送命令帧

30、。,一帧消息共包含11bit。前三位C2、C1、C0用来传送控制信息,后八位传送消息的内容。三个控制位将消息帧分成四种类型,如表4所示,它们是:1)当C2=0时,环路中传送的是检测系统消息。如果发送的是最后一个字节,讲者应使该数据帧中的Cl置1后发送。如果某一分机请求服务,则应修改接收到的消息使C0置1,然后重发给下游分机。2)当C2=1时,环路中传送的是接口消息。,表4 HPIL消息帧中控制位的编码,3)当C2=1、C1=0、C0=1时,环路中传送的是RFC消息。控者利用RFC消息作为传送命令帧的联络消息。在传送检测系统消息时,环路中的联络过程十分简单。一帧数据只有传送到原发分机时,才算完成

31、,才能开始下帧数据的传送。在传送中,每个听者分机接收完成一帧数据后才将它重发给下游分机,而每个空闲分机只作简单的重发工作,不作接收操作。,这种联络方式,在传送检测系统消息时,由于讲者和听者的数目有限,不至严重影响传送速度。但在传送命令消息时,环路中所有分机都要接收命令帧,如果也采用这种联络方式,等每个分机将接收到的命令消息处理完成后再重发给下游分机,势必大大减慢传送速度。因此,在HPIL标准中,对传送命令帧时的联络方式作了修改:每个分机一旦接收到命令消息,应立刻重发给下游分机,同时平行地执行和处理此命令。,当该命令消息回到控者时,显然并不表示所有分机都已执行完成该命令规定的操作。因此,当一条命

32、令帧返回后,控者要发送RFC消息作为联络。每个分机只有接收到RFC消息并且完成刚才的一条命令规定的操作之后才能重发RFC。当RFC消息返回控者时,说明刚才的命令帧已发送完成,可以发送下一条命令。,4)当执行并行点名时,控者发送此消息。 HPIL系统是低速低功耗系统,各IL分机可采用电池供电,因此节省电能消耗也是应考虑的指标。HPIL的接口功能中增加了一个“降功率”功能(PD)。控者可以命令一个分机进入降功率状态或恢复到全功率状态。如果给控者增加一实时时钟,控制各分机PD功能的工作,则可使HPIL系统在无人操作情况下工作更长时间。 IEC系统中的各分机是用地址开关手动设置分机地址的。HPIL系统

33、允许控者通过程序设定地址,依次将按顺序排列的地址分配给环路上的各分机。,四、CAN总线系统,1CAN总线系统概述 德国Bosch公司在80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换,开发了一种串行数据通信总线,即控制局域网(Control Area Network),简称CAN总线系统或CAN总线。CAN总线是多主总线系统,是一种高可靠性、有效支持分布式控制或实时控制的现场总线网络。它采用差分驱动,可在高噪声干扰环境下使用,纠错能力很强,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1Mbit/s。,CAN总线通信控制器中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对

34、通信数据的成帧处理,包括零位的插入/删除、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,代之以对通信数据块进行编码。,采用这种方法的优点是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(按CAN技术规范2.0A)或29位(按CAN技术规范2.0B)二进制组成,因此可以定义211或229个不同的数据块,这种按块编码方式,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。,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

35、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的这些卓越特性,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,越来越受到工业界重视,并已被公认为最有前途的现场总线之一。1993年11月ISO正式颁布道路交通运载工具数字信息交换高速通信控制器局部网(CAN)国际标准(ISO11898)。为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。近年来,CAN总线在我国得到迅速发展。,2CAN总线的特点CAN总线的突出特点是:1)可以以多主方式工作。网络上任一节点均可成为主节点,向其他节点主动发送信息。2)非破坏性总线仲裁和错误鉴定。利用现有的产品,可

36、使总线冲突的解决和出错鉴定由控制器自动完成,对用户完全透明,且能区分暂时和永久故障,自动关闭故障点。,3)CAN节点可被设定为不同的发送优先级,满足不同的实时要求。4)通信距离可达10km(速率5kbit/s)。在通信距离400m之内,速率可达1Mbit/s。,3CAN总线系统时钟和位时间的选定 在CAN控制器中提供两个总线定时寄存器,其中总线定时寄存器0(BRT0)可决定波特率予分频(BRP)和同步跳转宽度(SJW)的数值,其低六位(D5D0)用来确定系统时钟,而其高二位(D7，D6)用来确定同步跳转宽度(SJW)。总线定时寄存器1(BRT1)可决定位周期宽度、采样点位置和在每个采样点进行采

37、样的次数,其D3D0用于ISEG1,而D6D4用于ISEG2并按下式计算:,tTSEG1=tSCL(8TSEG1.3+4 TSEG1.2+2TSEG 1.1+ TSEG1.0+1)(5)tTSEG2=tSCL(4 TSEG2.2+2TSEG2.1+ TSEG2.0+1)(6) TSEG1和TSEG2可确定每位的时钟周期数目和采样点位置, 如图9所示。 若P8XC592复位请求位被置为高,这两个寄存器均可被访问(读/写)。系统时钟tSCL可使用下列等式计算:tSCL=2tCLK(32BRP.5+16BRP.4+8BRP.3+4BRP.2+2BRP.1+BRT.0+1)(7)式中, tCLK为P8

38、XC592振荡器的时钟周期。,图9 一位时间的采样点位置,例1:设晶体振荡器频率为16MHz,BRT0=00H, BRT1=14H,计算系统时钟和位时间。由给定BRT0和BRT1值可知:BRP.5,BRP.4,BRP.3,BRP.2,BRP.1和BRP.0均为0,另外,除TSEG1.2和TSEG2.0为1外,其余系数均为0。因此有,tSCL=2tCLK(320+160+80+20+0+1)=2tCLKtTSEG1=tSCL(80+41+20+1)=5tSCLtTSEG2=tSCL(40+20+11+1)=2tSCLtb=(1+5+2) tSCL=82tCLK =1Mbit/s此时同步跳转宽度(

39、SJW)为tSJW=tSCL (2SJW.1+SJW.01+1)= tSCL即1/8(s)。,例2:设晶体振荡器频率为16MHz,BRT0=7FH, BRT1=7FH,计算系统时钟和位时间由给定BRT0和BRT1值可知:BRP.5,BRP.4,BRP.3,BRP.2,BRP.1和BRP.0均为1,另外, TSEG1.X和TSEG2.X亦均为1。因此有,tSCL=2tCLK(321+161+81+41+21+1+1)=128 tCLKtTSEG1=tSCL (81+41+21+11+1)=16 tSCLtTSEG2=tSCL (41+21+11+1)=8 tSCLtb=(1+16+8) tSCL =25128tCLK =5kbit/s此时同步跳转宽度(SJW)为tSJW=tSCL (2SJW.1+SJW.01+1)=(20+11+1) tSCL=2128 tCLK 即16(s),由例1和例2所得位速率1Mbit/s和5kbit/s为CAN总线位速率的最高和最低极限值CAN总线的位速率与总线长度的关系如图10所示。 图10 CAN总线速率与总线长度的关系,4CAN总线系统的最大允许位时间 在实时应用场合