小型CAN网络硬件电路设计毕业论文

小型CAN网络硬件电路设计毕业论文目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1 本课题研究的背景 (2)1.2 现场总线相关文献概述 (2)1.3 CAN总线概述及其发展趋势 (3)1.3.1 CAN总线相关知识概述 (3)1.3.2 CAN总线的发展趋势 (3)1.4 本章小结 (4)第2章 CAN总线的特点和协议简介 (5)2.1 CAN总线的特点 (5)2.2 CAN总线的分层结构 (6)2.3 报文的传送及帧结构 (6)2.3.1 帧的格式 (7)2.3.2 帧的类型 (7)2.4 CAN总线数据仲裁和检错 (10)2.5 本章小结 (11)第3章 CAN总线网络节点硬件电路设计 (12)3.1 CAN网络设备节点总体设计方案 (12)3.2 CAN节点主要芯片简介 (13)3.2.1 STC89C52单片机简介 (13)3.2.2 CAN控制器SJA1000简介 (15)3.2.3 CAN收发器PCA82C250简介 (18)3.3 CAN节点主要元件硬件电路设计 (19)3.3.1 单片机电路连接设计 (19)3.3.2 SJA1000电路连接设计 (21)3.3.3 PCA82C250电路连接设计 (22)3.4 CAN节点其他模块硬件电路设计 (23)3.5 CAN节点部数据收发原理 (26)3.6 CAN总线原理图及PCB板图设计 (27)3.6.1 原理图及PCB设计应遵循的原则 (27)3.6.2 原理图及PCB板图设计的一般步骤 (29)3.6.3本课题中原理图及PCB板图设计中应注意的问题 (29)3.7 本章小结 (30)第4章CAN总线网络互联设计 (31)4.1 CAN网络各节点之间通信互联设计 (31)4.2. CAN总线网络通信原理 (32)4.3本章小结 (33)第5章 CAN总线网络的测试及运行 (34)5.1 CAN总线网络节点硬件设备测试 (34)5.2 CAN总线节点数据收发测试 (34)5.3 CAN总线网络的运行 (36)5.4 本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)引言CAN总线是近年来非常流行的几种现场总线之一。

CAN总线主要是一种多主方式的串行总线，可以组建主从或对等式的总线通信系统；具有非破坏性总线仲裁技术，让优先级高的信息得到更加快速的处理；具有非常强大的错误检测机制，几乎可以检测到总线上的任何错误；采用短帧结构、位填充和CRC校验等措施，使传输具有高可靠性。

这些优点使CAN总线在众多工业领域，尤其是汽车、航天等产业中得到了广泛的推广和应用。

CAN总线与其他现场总线相比具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

CAN总线在通信能力的高可靠和易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势，成为业界最有前途的现场总线之一。

现在，由于CAN总线自身的特点，其应用领域已由汽车行业扩展到过程工业、机械工业、机器人和楼宇自动化等领域。

CAN技术和产业化在中国一定会拥有更加广阔的市场前景。

本设计利用串行通信技术，将合适的程序烧写到每个设备的单片机中，单片机对该设备的CAN控制器SJAl000进行正确初始化后，将要发送的数据通过该设备的CAN收发器PCA82C250输出至CAN总线上。

接收时，接收设备首先通过滤波器选择发送信息的设备及其相关信息的选项，再由接收设备允许接收，最后返回相应数据的信息。

在CAN网络中，所有数据都由CAN控制器SJAl000封装打包，再按CAN的两种模式BasicCAN 或者PeliCAN模式发送和接收，从而实现CAN总线通讯。

本文从课题的研究背景、CAN总线通信协议、CAN网络设备以及CAN总线各个设备之间的通信等方面对CAN总线技术进行了详细阐述，对CAN总线的硬件电路设计及其注意事项进行了详尽介绍，并且针对系统设计过程中可能出现的问题进行了一定的分析。

第1章绪论1.1 本课题研究的背景现场总线（Fieldbus）是用于控制自动化、楼宇自动化、电气自动化等领域的现场智能设备互联通信网络。

现场总线具有成本低廉、可利用现有的数字化和网络技术的新成果对系统进行改造的特点，顺应了当今时代数字化、模块化、网络化的发展方向。

人们针对其他控制系统的缺点，在其他控制系统的基础上开发一种适用于工业环境的网络结构和网络协议，并实现传感器和控制器的通信，这就是现场总线。

这是一项以智能传感、计算机、控制等技术为主要容的综合技术。

现场总线是信息化带动工业化和工业化推动信息化的发展的实用技术之一，在我国的发展只是近些年的事。

当计算机网络技术，尤其是互联网技术得到广泛的应用后，人们对企业生产过程的控制提出了更高的要求。

企业和外界信息的沟通的围不断的扩大，这就需要把大量的现场信息送到控制中心以便人们更好地实时观测、控制、处理相关的数据，以满足企业的生产要求。

现场总线的种种优点适应了当代企业生产的要求，成为工业控制系统的首选。

本课题在充分了解了现场总线的优点后认为对于未来工业控制技术的发展，我们很有必要对现场总线进行深入的学习和探究。

1.2 现场总线相关文献概述现场总线（Fieldbus）是指开放式、数字化、标准化、能够相互操作、双向传输、连接智能仪器和控制系统的通信网络。

它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场总线及控制设备之间及其更高控制管理层次之间的联系。

当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，潜在着巨大的商机。

由于现场总线技术不断创新，和其他系统相比，它是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通讯等技术为主要容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的实用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线。

目前现场总线网络互连都遵守OSI参考模型，并且以计算机、微电子、网络通信技术为基础，因此它正从根本上改变控制系统的理念和方法，将大大推动工业控制领域发展。

现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，也是计算机技术、网络技术、通信技术、自动化技术的集成。

它是工业数字时代的先驱，它的出现和发展正在引起工业控制领域的一场革命，它不仅仅是最底层的控制系统，而且还是建立于整个工业体系的通信系统。

由于其巨大的优势，现场总线被认为是工业控制发展的必然趋势。

现场总线的种类很多，例如以太网现场总线、RS-232总线、RS-485总线、CAN现场总线等等。

在目前国际上现场总线群雄并起的局面下, 用户应从实际应用工程特点出发去选择。

CAN现场总线在风险分散、控制层开放、成本下降等各方面的优越性日益突现，因此，本课题主要学习和研究CAN现场总线。

1.3 CAN总线概述及其发展趋势1.3.1 CAN总线相关知识概述CAN(Controller Area Network,控制器局域网)是一种高性能、高可靠、易开发且低成本的现场总线，也是最早在我国应用的现场总线之一。

CAN是20世纪80年代（1983）德国Bosch(博世)公司为解决汽车中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是ISO国际标准化的串行通信协议。

在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。

由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。

为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。

此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

1.3.2 CAN总线的发展趋势为了促进CAN以及CAN协议的发展，1992年在欧洲成立了CiA（CAN in Automation）。

在CiA的努力推广下，CAN技术在汽车电子控制系统、电梯控制系统、医疗器械、纺织机械、船舶运输等方面均得到了广泛的应用。

现已有400多家公司加入了CiA，CiA已经成为全球应用CAN技术的权威。

CAN总线在组网和通信功能上的优点以及它的高性能价格比决定了它在许多领域都有广阔的应用前景和发展潜力。

大型仪器设备系统复杂，要对多种信息进行采集、处理、控制、输出等操作。

如医疗器械CT断层扫描仪，为保证其可靠工作，在数据通信上要求功能块间可随意进行数据交换、通信能以广播方式进行、简单经济的硬件接口、通信线尽量少、抗干扰能力强、可靠性高并能自动进行故障识别和自动恢复。

但是，这些要求长时间未能得到很好地解决，直至CAN总线技术出现才提供了一个较好地解决方法。

测控系统离不开传感器，由于各类传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式也各不相同，为了便于系统连接，通常要考虑将传感器的输出变换成标准电压或电流信号。

即便是这样，在与计算机相连时，必须增加A/D环节。

如果传感器能以数字形式输出，就可以方便的与计算机直接相连，从而简化系统结构，提高精度。

这种传感器与计算机直接相连的总线可称为传感器总线。

实际上传感器总线仍属于现场总线，关键的问题在于如何将总线的接口与传感器一体化。

在广泛的控制领域，CAN总线可作为现场设备级的现场总线，与其他总线相比，具有很高的可靠性和性价比。

这必将是CAN技术开发应用的一个主要方向。

近年来CAN总线技术在我国的应用取得很大的成绩, 据英国敏思管理咨询公司（IMS）对工业通信中国市场的调查报告看，截至2008年在我国已安装CAN现场总线和工业以太网的节点估计为 1166.75万个，其数量可以说是够庞大的。

其中按通信协议来分：Profibus 占24.2%（282.7万个）、CC-Link占11.16% （130.31万个）、DeviceNet占9.75%（113.83万个）、FF占1.67%（19.58万个）。

显而易见，工厂自动化用现场总线的任一个协议（如Profibus、CC-Link、DeviceNet等），它们已安装的节点数要比过程控制用现场总线（如FF）高整整一个数量级。

1.4 本章小结本章从课题研究的背景出发，阐述了研究的背景和发展趋势。

从现场总线和CAN总线的发生、发展和相关领域的成果及发展趋势出发，详细论述了现场总线和CAN总线的特点，来说明研究的必要性，达到深化主题的目的。

第2章 CAN总线的特点和协议简介2.1 CAN总线的特点CAN总线与其他现场总线相比具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

CAN总线主要是一种多主方式的串行通信总线，基本设计规要求有高的位速率、高抗电磁干扰性，而且能够几乎检测出产生的任何错误。

CAN总线在通信能力的高可靠和易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势，成为业界最有前途的现场总线之一。

现在，由于CAN总线自身的特点，其应用领域已由汽车行业扩展到过程工业、机械工业、机器人和楼宇自动化等领域。