CAN总线原理与应用系统设计 (2008 年度畅销榜NO.4746 )

控制器局部网(CAN—controller Area Network)是Bosch公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。\r\n\r\n 本书对控制器局部网的原理、器件和应用编程以及有关技术规范和国际标准进行了全面、系统的论述，书中首次透明地公布了一个基于CAN总线的系统模型设计实例，包括系统组成、系统硬件电路和系统软件设计。由于理论和应用紧密结合和便于自学的特点，本书既可以作为大专院校有关专业的参考教材和教学参考用书，也可以作为有志于微控制器和总线技术开发及应用人员的实用参考工具书和自学用书。\r\n
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第一章 引论 \r\n\r\n 1. 1 计算机网络和协议 \r\n\r\n 1. 1. 1 计算机网络 \r\n\r\n 1. 1. 2 协 议 \r\n\r\n 1. 1. 3 计算机网络体系结构 \r\n\r\n 1. 2 局域网 \r\n\r\n 1. 2. 1 概 述 \r\n\r\n 1. 2. 2 局域网协议 \r\n\r\n 1. 3 现场总线 \r\n\r\n 1. 3. 1 背景和发展 \r\n\r\n 1. 3. 2 概念和主要特点 \r\n\r\n 1. 4 控制器局部网(CAN) \r\n\r\n 1. 4. 1 CAN的分层结构 \r\n\r\n 1. 4. 2 逻辑链路控制(LLC)子层 \r\n\r\n 1. 4. 3 媒体访问控制(MAC)子层 \r\n\r\n 1. 4. 4 物理层 \r\n\r\n 第二章 CAN控制器及有关器件 \r\n\r\n 2. 1 PHILIPS 82C200 CAN控制器 \r\n\r\n 2. 1. 1 硬件结构和功能 \r\n\r\n 2. 1. 2 控制段和报文缓存器 \r\n\r\n 2. 1. 3 总线定时／同步 \r\n\r\n 2. 1. 4 通信协议 \r\n\r\n 2. 1. 5 极限数值 \r\n\r\n 2. 1. 6 电气特性 \r\n\r\n 2. 1. 7 开发支持工具 \r\n\r\n 2. 2 INTEL 82526 CAN控制器 \r\n\r\n 2. 2. 1 硬件构成 \r\n\r\n 2. 2. 2 功能描述 \r\n\r\n 2. 2. 3 一个应用实例 \r\n\r\n 2. 3 INITEI 82527CAN控制器 \r\n\r\n 2. 4 CAN控制器接口--82C250 \r\n\r\n 2. 4. 1 硬件结构和功能 \r\n\r\n 2. 4. 2 极限数值 \r\n\r\n 2. 4. 3 电气特性 \r\n\r\n 2. 4. 4 测试和应用 \r\n\r\n 2. 5 CAN串行链接I／O器件--82C150 \r\n\r\n 2. 5. 1 硬件结构和功能 \r\n\r\n 2. 5. 2 CAN功能 \r\n\r\n 2. 5. 3 初始化 \r\n\r\n 2. 5. 4 极限数值 \r\n\r\n 2. 5. 5 电气特性 \r\n\r\n 2. 5. 6 P82C150应用 \r\n\r\n 第三章 带有在片CAN的微控制器 \r\n\r\n 3. 1 微控制器P8xC592 \r\n\r\n 3. 1. 1 硬件构成及其功能 \r\n\r\n 3. 1. 2 CAN控制器结构. 功能和特性 \r\n\r\n 3. 1. 3 中断系统 \r\n\r\n 3. 1. 4 P8xC592运行 \r\n\r\n 3. 1. 5 极限数值 \r\n\r\n 3, 1. 6 电气特性 \r\n\r\n 3. 1. 7 EPROM特性 \r\n\r\n 3. 1. 8 CAN应用和开发中的一些问题 \r\n\r\n 3. 2 微控制器MC68HC05x4／x16／x32和MC68HC705x4 \r\n\r\n 3. 3 电磁兼容微控制器P8xCE598 \r\n\r\n 3. 3. 1 硬件结构及其主要功能 \r\n\r\n 3. 3. 2 电磁兼容性 \r\n\r\n 3. 3. 3 极限数值 \r\n\r\n 3. 3. 4 电气特性 \r\n\r\n 3. 3. 5 EPROM特性 \r\n\r\n 3. 3. 6 CAN应用和开发 \r\n\r\n 3. 4 微控制器87C196CA/CB \r\n\r\n 3：4. 1 硬件结构及其主要性能 \r\n\r\n 3. 4. 2 87C196CA口功能 \r\n\r\n 3. 4. 3 电气特性 \r\n\r\n 第四章 基于CAN总线的系统设计实例 \r\n\r\n 4. 1 概 述 \r\n\r\n 4. 2 系统构成 \r\n\r\n 4. 2. 1 CAN总线通信接口适配卡 \r\n\r\n 4. 2. 2 智能传感器节点 \r\n\r\n 4. 2. 3 最小系统节点 \r\n\r\n 4. 3 系统软件设计 \r\n\r\n 4. 3. 1 高级语言Franclin C51 \r\n\r\n 4. 3. 2 系统初始化设计 \r\n\r\n 4. 3. 3 上位计算机软件设计 \r\n\r\n 4. 3. 4 CAN总线通信接口适配器软件设计 \r\n\r\n 4. 3. 5 智能传感器节点软件设计 \r\n\r\n 4. 3. 6 最小系统节点软件设计 \r\n\r\n 第五章 控制器局部网技术规范和国际标准 \r\n\r\n 5. 1 控制器局部网技术规范 \r\n\r\n 5. 1. 1 CAN技术规范2. 0A \r\n\r\n 5. 1. 2 CAN技术规范2. 0B \r\n\r\n 5. 2 国际标准ISO11898 \r\n\r\n 5. 2. 1 服务及其原语格式 \r\n\r\n 5. 2. 2 物理层 \r\n\r\n 5. 2. 3 监控器 \r\n\r\n 本书中部分英文缩写和中英译名对照索引 \r\n\r\n 主要参考书目和文献 \r\n
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自动控制技术是当代发展极为迅速. 应用十分广泛. 最引人注目的高技术之一, 也是推动新技术革命和新产业革命的核心技术. 随着现代控制理论的发展, 自动控制技术已从单变量控制到多变量控制, 从自动调节到最优控制. 现在对自动控制的要求已不仅是保持个别变量(如温度. 转数. 电压等)的稳定, 而是要求实现多个变量的最优控制. 分析与设计最优控制系统已成为现代控制理论的基本内容. 随着微型计算机的出现, 特别是微型计算机应用于控制系统, 为计算机控制带来了根本性的变革. 对于复杂的. 分散的控制对象, 由于它们往往是同时并行, 且独立地工作, 控制对象分布面又很广, 因此把它们联系起来实现分布控制是现代控制技术中的一个重要发展方向.

随着计算机硬件. 软件技术及集成电路技术的迅速发展, 工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支, 并取得了巨大进步. 由于对系统可靠性和灵活性的高要求, 工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化, 系统面向分散化, 即负载分散. 功能分散. 危险分散和地域分散. 分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的. 这类系统是以微型机为核心, 将5C技术——ComPuter(计算机技术). Control(自动控制技术). Communication(通信技术). CRT(显示技术)和Change(转换技术)紧密结合的产物. 它在适应范围. 可扩展性. 可维护性以及抗故障能力等方面, 较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性.

典型的分散式控制系统由现场设备. 接口与计算设备以及通信设备组成. 现场总线(Field bus)能同时满足过程控制和制造业自动化的需要, 因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域. 现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点. 尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准, 但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用. 同时, 正由于现场总线的标准尚未统一, 也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥, 并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据. 控制器局部网CAN(Controller Aera Network)正是在这种背景下应运而生的.

CAN总线是德国Bbsch公司从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而开发的一种串行数据通信协议, 它是一种多主总线, 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1Mbps. CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能, 可完成对通信数据的成帧处理, 包括位填充. 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, 而代之以对通信数据块进行编码. 采用这种方法的优点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位或29位二进制数组成, 因此可以定义211或229个不同的数据块, 这种按数据块编码的方式, 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卓越的特性. 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, 越来越受到工业界的重视, 并已公认为最有前途的现场总线之一.

由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广, 导致要求各种应用领域通信报文的标准化. 为此, 1991年9月Philips Semiconductors制订并发布了CAN技术规范(Version 2. O). 该技术规范包括A和B两部分. 2. 0A给出了曾在CAN技术规范版本1. 2中定义的CAN报文格式, 而2. 0B给出了标准的和扩展的两种报文格式. 此后, 1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具——数字信息交换——高速通信控制器局部网(CAN)国际标准(ISO l1898), 为控制器局部网标准化. 规范化推广铺平了道路. 可以预料, 控制器局部网在我国迅速发展和普及是指日可待的. 这是一件具有重要学术价值和实际意义的事情, 也是编写本书的目的所在.

本书第一章对于计算机网络和协议. 局域网协议和现场总线, 特别对控制器局部网中的分层结构. 逻辑链路控制子层. 媒体访问控制子层以及物理层作了较详细的阐述, 以作为理解后续各章内容的基础. 第二章和第三章详细介绍了目前广泛流行的各种CAN控制器和常用的CAN器件以及带有控制器局部网通信功能的微控制器产品, 主要包括独立的CAN控制器——82C200, INT置L82526／82527, CAN控制器接口——82C250和CAN串行链接I／O器件——82C150以及带有在片CAN的微控制器——P8xC592, 68HC05x4／x16／x32. 带有在片CAN的电磁兼容微控制器——P8xCE598和16位微控制器87C196CA／CB. 在介绍每种微控制器产品功能. 原理和使用的同时, 还适量介绍一些应用知识和实例, 作为实际使用的参考. 第四章系统全面地介绍了一个基于CAN总线的系统模型设计实例, 包括系统组成. 系统硬件电路和系统软件设计. 透明地公布这一CAN总线系统模型设计的成果是希望有更多的同行在此基础上尽快地推进CAN总线系统在我国的推广和普及, 结出更多的应用硕果.

CAN实际上是一种简化型网络结构, 同时, 考虑到英文原文AN(Aera Network)应有别于LAN, 故取名局部网. 本书全面地对控制器局部网从国际标准. 规范. 器件和应用编程进行了系统的论述. 编写过程中, 立足理论和应用紧密结合, 同时也充分考虑了自学的特点. 本书既可以作为大专院校有关专业的参考教材和教学参考用书, 也可以作为有志于微控制器技术开发和应用人员的实用参考工具书和自学用书.

在本书问世之际, 应该特别提到的是, 在本书编写过程中, 得到北京航空航天大学何立民教授和满庆丰副教授的热情支持, 并特请二位教授对全书进行了审校.

由于作者学识和水平所限, 书中可能存在的不尽如人意之处, 敬请诸位读者批评指正, 特别期望试用本书的教师和各位同行们把意见和建议告诉作者, 在此预致感谢！

作者联系地址：北京航空航天大学管理学院(100083)

联系电话：(010)68851803(H)

编著者

1995年末于北航

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