基于CAN总线的分布式多轴运动控制系统通信系统设计与实现

论文摘要

现场总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线的出现,标志着工业控制技术领域一个新时代的开始。CAN总线(Controller Area Network,控制器局域网)是现场总线的一种,它是有效支持分布式控制或实时控制的总线式串行通信网络。与其他现场总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。本文首先对CAN总线进行了介绍,说明了其技术特征和相关协议标准。针对基于CAN总线的分布式多轴运动控制系统的通信系统,作者进行了需求分析和总体设计。总体设计的内容包括:系统网络拓扑结构、通信系统的硬件结构和软件结构。在总体设计中的工作重点是对CAN节点的设计和实现。CAN节点的硬件结构,是由主控制器、CAN控制器和CAN收发器组成。针对CAN节点的软件结构,本文提出了相应的通信软件模型,这也是本文的重点所在。通信软件模型包括应用层协议模块、基本通信模块和运动控制应用模块。其中,应用层协议模块包括消息标识符的分配、数据域信息格式、数据交换方式和报文滤波机制等内容;基本通信模块包括CAN控制器的初始化、报文接收、报文发送、错误处理和中断服务程序等内容;运动控制应用模块包括输出控制命令和输入状态信息等内容。作者完成了相关的软件开发工作,并设计了相关的测试用例。最后,在系统仿真测试平台上,进行了基本通信能力的测试。结果表明,该通信系统初步实现了设计需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外CAN总线应用的现状和前景
• 1.3 题目的背景和意义
• 1.4 本文组织结构
• 第二章 CAN总线通信标准综述
• 2.1 CAN总线技术特点
• 2.2 CAN总线网络层次结构
• 2.3 CAN总线通信协议
• 2.4 CAN报文的帧类型
• 2.5 CAN报文的帧格式
• 2.6 CAN的位仲裁技术
• 2.7 CAN的报文滤波技术
• 2.8 CAN的通信错误及处理
• 2.9 基于CAN的较高层协议
• 第三章 CAN总线通信系统的总体方案设计
• 3.1 系统设计需求分析
• 3.2 系统网络拓扑结构
• 3.3 通信系统的硬件组成
• 3.4 通信系统的软件模型
• 3.4.1 软件模型中的应用层协议模块
• 3.4.2 软件模型中的基本通信模块
• 3.4.3 软件模型中的运动控制应用模块
• 第四章 CAN总线通信系统的软硬件设计与实现
• 4.1 CAN总线通信系统的硬件设计与实现
• 4.1.1 CAN节点的硬件组成
• 4.1.2 CAN节点的硬件实现
• 4.1.3 所用芯片主要特征和功能
• 4.1.4 CAN节点的硬件抗干扰措施
• 4.2 CAN总线应用层协议模块设计
• 4.2.1 消息标识符的分配
• 4.2.2 数据域信息格式
• 4.2.3 数据交换方式
• 4.2.4 报文滤波机制
• 4.3 CAN总线通信系统的软件设计
• 4.3.1 CAN总线位速率的设置
• 4.3.2 重要数据结构的设计和功能
• 4.3.3 CAN控制器初始化模块
• 4.3.4 报文接收模块
• 4.3.5 报文发送模块
• 4.3.6 初始化主控制器模块
• 4.3.7 中断服务程序模块
• 4.3.8 主函数模块
• 4.3.9 运动控制应用模块
• 第五章 通信系统软件开发与测试
• 5.1 软件开发环境
• 5.1.1 CSS PIC18 C编译器
• 5.1.2 特殊指令的说明
• 5.1.3 建立开发环境
• 5.2 源程序的开发
• 5.3 系统仿真测试
• 5.3.1 仿真测试系统结构设计
• 5.3.2 测试用例设计和测试结果
• 第六章 结束语
• 6.1 结论
• 6.2 今后工作
• 参考文献
• 缩略语中英文对照表
• 致谢