工業(yè)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）應(yīng)用

工業(yè)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）應(yīng)用是汽車(chē)系統(tǒng)及工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合連接各種電子控制模塊的串行異步多總線通信協(xié)議。

CAN主要用于數(shù)據(jù)完整性要求高，數(shù)據(jù)速率高達(dá)1 Mbit/s的應(yīng)用場(chǎng)合。

飛思卡爾半導(dǎo)體擁有成套系列產(chǎn)品，可供工業(yè)電子設(shè)計(jì)人員結(jié)合自己的應(yīng)用場(chǎng)合使用CAN。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

集成高層工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
對(duì)于工業(yè)系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化和設(shè)備控制來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員僅僅確定采用CAN是不夠的。大量系統(tǒng)、工具和設(shè)備往往還要在CAN網(wǎng)絡(luò)上層使用高層通信協(xié)議（如CANopen或DeviceNET）。這些通信協(xié)議規(guī)定了輸入/輸出、傳感器監(jiān)控和電機(jī)控制器等不同網(wǎng)絡(luò)模塊的動(dòng)作，定義了一個(gè)節(jié)點(diǎn)至另一節(jié)點(diǎn)傳送的信息內(nèi)容，傳送時(shí)間及傳送頻率。這些工業(yè)通信協(xié)議十分復(fù)雜，往往難以設(shè)計(jì)軟件驅(qū)動(dòng)程序代碼。許多客戶發(fā)現(xiàn)，采購(gòu)驅(qū)動(dòng)軟件，將其集成到應(yīng)用中較為方便，這樣可以專注于應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。


應(yīng)用中編程，網(wǎng)絡(luò)下載
當(dāng)工廠建成或設(shè)備安裝后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)模塊進(jìn)行物理訪問(wèn)十分困難且成本很高，或者根本無(wú)法訪問(wèn)。因此，急需能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)本身對(duì)設(shè)備重復(fù)編程。這樣，可以只訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的某些點(diǎn)，而不是對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行物理訪問(wèn)。應(yīng)用內(nèi)部編程可以升級(jí)模塊軟件，修復(fù)故障，添加新功能或更新校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這種編程方式為延長(zhǎng)模塊使用壽命提供了有效方法，但需要采用微處理器，以便于遠(yuǎn)程重復(fù)編程。


診斷，負(fù)荷控制與負(fù)荷處理
工廠自動(dòng)化或工業(yè)控制環(huán)境下，一般存在大量不同類型的傳感器和起動(dòng)器。智能化地準(zhǔn)確控制這些器件是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。每個(gè)系統(tǒng)組件所需控制越多，設(shè)計(jì)人員對(duì)整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)量也越大。以電機(jī)為例，為保證生產(chǎn)線高速運(yùn)行，需對(duì)電機(jī)十分準(zhǔn)確快速地加以控制。如果電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)能夠達(dá)到最高效率，可顯著節(jié)省企業(yè)設(shè)備運(yùn)行成本。電機(jī)控制水平取決于傳感器準(zhǔn)確詳細(xì)的反饋信息，用以確定電機(jī)運(yùn)行速度，抑或原料在生產(chǎn)線上傳送的位置。

不同CAN網(wǎng)絡(luò)具有物理層要求
與各種主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一樣，CAN也需要用于通信的物理層設(shè)備。這種物理層原于ISO/OSI七層模型。物理層用于控制總線電壓及電流、處理電流與電壓瞬變、信號(hào)總線（線路）故障并在可行的情況下加以糾正。

Bosch CAN技術(shù)規(guī)范未給出CAN網(wǎng)絡(luò)物理層的技術(shù)規(guī)范。這種情況對(duì)于設(shè)計(jì)人員喜憂參半。近十年來(lái)，出現(xiàn)兩大物理層設(shè)計(jì)，并成為大部分CAN應(yīng)用所采用的物理層。這兩種物理層采用線對(duì)的差分電壓進(jìn)行通訊，通常稱為高速物理層和低速物理層。

當(dāng)兩條線路中有一條發(fā)生短路或開(kāi)路故障時(shí)，低速體系結(jié)構(gòu)可變?yōu)閱尉€操作（即不接地）。盡管兩種體系結(jié)構(gòu)都采用差分電壓，但兩結(jié)構(gòu)的端接方法不同，因此在生產(chǎn)系統(tǒng)中不兼容。

由于CAN規(guī)范未規(guī)定物理層要求，因此由其他標(biāo)準(zhǔn)組織來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)可兼容的CAN設(shè)備。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了保證組件物理層互操作性的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)并提出設(shè)計(jì)規(guī)范建議。ISO標(biāo)準(zhǔn)一般適用于以下工業(yè)應(yīng)用。

解決方案

集成高層工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
飛思卡爾為基于C語(yǔ)言軟件設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用提供了成套開(kāi)發(fā)工具。這種系統(tǒng)可供應(yīng)用設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用，并且便于集成現(xiàn)有支持工業(yè)CAN網(wǎng)絡(luò)（如DeviceNet或CANopen）基于C語(yǔ)言的軟件驅(qū)動(dòng)程序。

應(yīng)用中編程（IAP）
利用大量基于閃存、具有CAN網(wǎng)絡(luò)功能的MCU產(chǎn)品，飛思卡爾推出先進(jìn)的器件解決方案，用于構(gòu)建可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行升級(jí)的節(jié)點(diǎn)。除采用閃存外，應(yīng)用中編程的其他特性使得其非常簡(jiǎn)便。飛思卡爾Flash MCU工作溫度為-40°C至125°C，可快速方便地重復(fù)編程，不需要增加電源。一個(gè)電源可支持MCU，為閃存陣列提供編程電壓。這種功能不需要附加電路，也不必管理獨(dú)立的編程電源。


診斷，負(fù)荷控制與負(fù)荷處理
飛思卡爾SMARTMOS (SMOS) 產(chǎn)品對(duì)連接電機(jī)、照明燈、傳感器及其他類型工業(yè)裝置，具有出色的控制能力和診斷功能。驅(qū)動(dòng)的保護(hù)功能一般比較難做、成本高，在離散部件中很難實(shí)現(xiàn)。飛思卡爾的產(chǎn)品（如電機(jī)控制的H橋驅(qū)動(dòng)）將保護(hù)功能集成在驅(qū)動(dòng)中。SMOS H橋路驅(qū)動(dòng)器可全面避免過(guò)電壓、過(guò)電流、溫度過(guò)高等故障，低電壓自動(dòng)關(guān)閉輸出可防止設(shè)備損壞。此外，電流再?gòu)?fù)制等電流監(jiān)控功能可監(jiān)控橋路下橋臂的電流，確定電機(jī)的電流大小。芯片溫度及電源也可進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，具有過(guò)去無(wú)法達(dá)到的診斷能力。SMOS還具有負(fù)荷控制功能，可通過(guò)設(shè)定電流極限，以可控脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)輸出控制負(fù)載電流。霍爾效應(yīng)傳感器是SMOS為大量電機(jī)控制場(chǎng)合提供的另一個(gè)重要部件，可用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。


其他監(jiān)控高壓開(kāi)關(guān)的SMOS產(chǎn)品使5V輸入/輸出的MCU可連接高壓開(kāi)關(guān)。器件的脈沖清洗電流可清潔開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，一個(gè)MCU可同時(shí)連接12個(gè)開(kāi)關(guān)，而MCU與器件通信的引腳僅用4個(gè)。


飛思卡爾SMOS CAN物理層產(chǎn)品滿足工業(yè)客戶需求
為滿足CAN多種物理層要求，飛思卡爾推出大量CAN物理層器件，產(chǎn)品性能符合或優(yōu)于ISO標(biāo)準(zhǔn)。


但是，僅有物理層器件不一定足以滿足技術(shù)要求。例如，系統(tǒng)模塊可能需要由穩(wěn)壓電源供電。有時(shí)，本機(jī)開(kāi)關(guān)或傳感器需要喚醒睡眠模式下的模塊迅速進(jìn)入工作狀態(tài)。這時(shí)，開(kāi)關(guān)或傳感器工作電平會(huì)高于數(shù)字邏輯電路電平。飛思卡爾基礎(chǔ)芯片（SBC）可滿足工業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)這類情況下的要求。SBC將CAN連接所需的CAN物理層與電壓調(diào)節(jié)、獨(dú)立的看門(mén)狗時(shí)鐘及本機(jī)喚醒電路加以整合，從而可在增加少量組件的情況下提供極大的靈活性。由于這些電路可采用相同的半導(dǎo)體工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此完全可以將這些功能集成在一個(gè)封裝中，減少最終設(shè)計(jì)的組件數(shù)量。從而降低組裝成本，提高可靠性和設(shè)計(jì)的靈活性。

結(jié)構(gòu)圖

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