1、本科學生畢業設計基于單片機的iCAN-RS232協議轉換器設計系部名稱： 電子工程系 專業班級：測控技術與儀器 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 黑 龍 江 工 程 學 院二九年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeDesign of iCAN-RS232 Protocol Converter Based on Microcontroller Unit Candidate：Zhan DaminSpecialty：Measurment & Control Technology and InstrumentationsClass：

2、 Supervisor： Heilongjiang Institute of Technology2009-06·Harbin摘 要RS-232是通用的工業標準，它的應用無處不在，CAN是現場總線中的優秀代表，在汽車制造、航空工業等自動化控制領域應用廣泛，iCAN協議是基于CAN-bus的應用層協議，并詳細地定義了CAN報文中ID以及數據的分配和應用，iCAN協議已被廣泛應用，一些廠商已制造了一些iCAN系列的功能模塊。目前，使用的大部分通信設備都具備RS232接口，而沒有CAN接口，為了能與CAN總線之間進行通訊，設計了一種基于單片機的iCAN-RS232協議轉換器。通過該協議轉換

3、器，帶有RS232接口的設備可與CAN總線之間進行通信。本設計首先簡要介紹了RS232和CAN，并指出設計基于單片機的iCAN-RS232協議轉換器的必要性和可行性；其次，對RS232和iCAN協議的介紹，這是設計iCAN-RS232協議轉換器的基礎；再次，iCAN-RS232協議轉換器硬件電路的設計，采用AT89S51為主控制器進行數據的處理，利用MAX232進行TTL-RS232電平轉換，以SJAl000為CAN總線控制器、PCA82C250為CAN總線收發器共同完成CAN總線的數據收發，這一部分的成果是iCAN-RS232協議轉換器的硬件實體；最后在硬件基礎上，設計通信程序，實現協議轉換

4、。 關鍵詞：CAN；RS232；iCAN；協議轉換；AT89S51；SJAl000；PCA82C250ABSTRACTThe industrial standard RS-232 is universal, and it's used everywhere. CAN is outstanding representatives of field bus in automotive, aerospace, industrial automation control field. The iCAN protocol is based on CAN-bus the application-l

5、ayer protocol, and detailedly defines CAN in the message of ID and data distribution and application. The iCAN protocol has been extensively applied. Some manufacturers have made some iCAN series of function module. At present, most of the telecommunication equipments are used with RS232 interface,

6、without CAN interface. In order to communicate with CAN-bus, design a kind of iCAN-RS232 protocol converters based on Microcontroller Unit. Through this protocol converters, with RS232 interface device communicates with CAN bus.This design briefly introduces firstly RS232 and CAN, and points out tha

7、t design of iCAN- RS232 protocol converters based on Microcontroller Unit of necessity and feasibility. Secondly, the protocol that introduces RS232 and iCAN, is basis for design of iCAN-RS232 protocol converters. Thirdly, design of iCAN-RS232 protocol converters hardware circuit, uses AT89S51 prima

8、rily controller for data processing, and makes use of MAX232 for TTL-RS232 PWL transformation. With SJAl000 for CAN-bus controller and PCA82C250 for CAN-bus transceiver complete data transceiver of CAN-bus. This is the result of iCAN-RS232 protocol converters hardware entity. At last, design communi

9、cation program to realize protocol conversion, based on the design of hardware.Keywords: CAN；RS232；iCAN；Protocol Conversion；AT89S51；SJAl000；PCA82C250目 錄摘要IAbstractII第1章 引言11.1課題的背景、目的及意義11.2 設計的內容及要求11.3 RS232概述21.3.1 RS232的出現和發展21.3.2 RS232接口的特點31.4 CAN概述41.4.1 CAN的出現和發展41.4.2 CAN的技術優點41.5單片機概述51.6

10、開發iCAN-RS232協議轉換器的必要性51.7開發iCAN-RS232協議轉換器的可行性6第2章 協議簡介82.1 RS232協議簡介82.1.1 RS232的電氣特性82.1.2 RS232連接器的機械特性92.1.3 RS232接口信號102.2 CAN協議簡介112.3 iCAN協議簡介122.3.1 iCAN的報文格式132.3.2 iCAN的報文傳輸協議172.4本章小結18第3章 協議轉換器的硬件設計193.1協議轉換器硬件設計的系統框架193.2核心控制模塊設計193.3 CAN總線接口模塊設計223.3.1 CAN總線控制器SJA1000223.3.2 SJA1000的電路

11、設計233.3.3 CAN收發器PCA82C250電路設計243.4 RS232總線接口模塊設計273.5系統供電模塊283.6本章小結28第4章 協議轉換器的軟件設計294.1軟件組成及架構294.2主程序模塊294.3 CAN總線通信模塊324.4 RS232總線通信模塊334.5故障監聽344.7本章小結34結束語35參考文獻36致謝38附錄A39附錄B40第1章 引 言1.1課題的背景、目的及意義由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致等特點，因此，計算機與計算機或計算機與終端設備之間的數據傳送常采用串行通訊方式。RS232接口是一種串行通

12、訊接口，它是在1970年由美國電子工業協會（EIA）聯合貝爾系統、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進制數據交換接口技術標準”，因其出現較早、技術成熟、成本低，是目前在計算機或終端最常用的一種串行通訊接口1。CAN-bus是一種有效支持分布控制和實時控制的串行通信網絡，是一種通信速率可達1 Mb/s的多主總線，具有優先搶占方式進行總線仲裁的作用機理，錯誤幀可自動重發，永久故障可自動隔離，不影響整個網絡正常工作，可靠性高，而且協議簡單，開放性強，組網靈活，成本較低，能為自動化提供開放性、全分布及可互

13、操作性的通信平臺，已公認為最有前途的現場總線之一2。一般來說計算機或終端設備本身不帶CAN接口，所以計算機或終端設備和CAN網絡是不能直接互聯的。但在現場總線CAN-bus得到廣泛應用的今天，CAN-bus通信以無可比擬的優勢得到大規模的普及應用，很多商用或者工業計算機控制系統都離不開CAN-bus，因此必須使用計算機或終端設備現有的通訊接口（如RS232、PCI、USB等）適配、轉換為CAN-bus接口3。在CAN-bus上傳輸的信息以其自有的標準進行傳輸，iCAN協議是基于CAN-bus的應用層協議，并詳細地定義了CAN報文中ID以及數據的分配和應用，iCAN協議已被廣泛應用，一些廠商已制

14、造了一些iCAN系列的功能模塊。而在RS232總線上傳輸的信息以RS232協議為標準進行傳輸。因此，通過iCAN-RS232協議轉換器，可把在兩種協議下傳輸的信息進行轉換，這樣，計算機或終端與CAN總線就可進行相互通訊，使用戶花費極低的成本，享受現場總線CAN-bus帶來的好處,其具有高性價比和高可靠性。1.2 設計的內容及要求設計內容：設計一個iCAN-RS232協議轉換器，該轉換器同時具有CAN接口和RS232接口并可以完成iCAN協議和RS232協議的雙向轉換。設計要求： 實現CAN接口，支持CAN2.0B協議。 實現RS232接口，通訊速率在600115200bps之間可設定。 實現i

15、CAN-RS232雙向協議轉換。 最高幀流量100幀/秒。1.3 RS232概述1.3.1 RS232的出現和發展十幾年來，計算機體系結構的發展已經由“CPU中心”時期過度到了“總線中心”時期，在“總線中心時期”，人們不斷地制定不同的總線標準，去適應不同的應用場合，擺脫了過去那種以CPU為核心，設計外部設備時受CPU制約的弊端4。因此，計算機的總線結構、總線標準的制定以及與之配套的接口規約的設計顯得至關重要。表1.1 9條引線信號內容引腳序號信號名稱符 號流 向功 能2發送數據TXDDTEDCEDTE發送串行數據3接收數據RXDDTEDCEDTE接收串行數據4請求發送RTSDTEDCEDTE請

16、求DCE將線路切換到發送方式5允許發送CTSDTEDCEDTE告訴DTE線路已接通可以發送數據6數據設備準備好DSRDTEDCEDTE準備好7信號地信號 SG公共地8載波檢測DCDDTEDCE表示DCE接收到遠程載波20數據終端準備好DTRDTEDCEDTE準備好22振鈴指示RIDTEDCE表示DCE與線路接通,出現振鈴計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行通訊兩種方式，由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。RS232接口

17、（又稱EIA RS232）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業協會（EIA）聯合貝爾系統、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進制數據交換接口技術標準”，該標準規定采用一個25腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信號的電平加以規定。實際上RS232的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般使用3-9條引線5。RS232最常用的9條引線的信號內容見表1.1所示。1.3.2 RS232接口的特點計算機外部設備與計算機的串行通訊采用的

18、是串口（Serial Port），使用RS232串行通訊標準。RS232適用于設備之間通訊距離不大于15米，傳輸速率最大為20Kbps的場合，由于它的總線協議非常簡單，僅對物理層作了定義和約束，因此對它們的開發非常簡單，比較靈活。（1）RS232接口的電氣特性在RS232中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即邏輯“1”，-5-15V；邏輯“0”+5+15V。噪聲容限為2V，即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”。（2）RS232接口的物理結構RS232接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。 &

19、#160;     一些設備與PC機連接的RS-232-C接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發送數據”、“接收數據”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。（3）傳輸電纜長度表1.2 電纜傳輸長度波特率（bps）1號電纜傳輸距離（英尺）2號電纜傳輸距離（英尺）110500030003005000300012003000300024001000500480010002509600250250由RS232標準規定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中

20、，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，美國DEC公司曾規定允許碼元畸變為10%而得出表1.2的實驗結果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723內有三對雙絞線，每對由22#AWG組成，其外覆以屏蔽網。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯電纜6。1.4 CAN概述1.4.1 CAN的出現和發展CAN全稱為“Controller Area Network”，中文稱“控制器局域網”，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。20世紀80年代初，德國Bosch公司為了解決現代汽車中

21、眾多的控制與測試儀表之間的數據交換問題，開發出CAN總線，CAN總線的設計充分考慮了汽車上的惡性工作環境，可靠性高。因此CAN總線在諸多現場總線中獨占鰲頭，成為汽車總線的代名詞。CAN總線的出現，滿足了汽車內簡化綜合布線、提高布線效率以及各控制子系統實時數據信息共享等需求7。CAN的進一步發展表明，除了汽車工業以外，它能夠有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網絡，現在，它不但繼續向工業自動化應用領域擴展，如分布式環境監測系統、溫室環境監測系統、變電站監測系統等，而且在樓宇自動化、智能終端設備等民用領域也得到長足發展8。1.4.2 CAN的技術優點（1）CAN總線提供高速數據傳送，在短距離（4

22、0m）條件下具有高速（1Mbit/s）數據傳輸能力，而在最大距離10000m時具有低速（5Kbit/s）傳輸能力，極適合在高速的工業自動化控制應用上，CAN總線可以在同一網絡上連接多種不同功能的傳感器（如位置、溫度或壓力等）。（2）CAN提供了數據共享，減少了系統內部數據的重復傳送和處理，節省了成本。所有的數據在總線上傳送，每個節點都可以接收到，如果需要就可以保留下來作進一步處理。（3）CAN具有錯誤診斷能力和自動恢復能力，節省了生產維護成本。CAN的這種總線式結構以及CAN協議本身提供的錯誤檢測和故障定位機制，決定的CAN總線節點在總線出現干擾或發生故障時能夠自動退出服務，總線恢復后節點自動

23、進入工作狀態。（4）CAN擴充性強，節省了開發設計成本。CAN節點幾乎可以在不開動原有線束的情況下增加新的組件。（5）數據穩定可靠，具有線間干擾小、抗干擾能力強的特點。CAN總線專為解決汽車內的惡劣通信環境量身訂做，可靠性有保障，此外，iCAN協議中8字節長度報文幀的規定適用實時性要求較高的工業控制領域。（6）性價比有絕對的優勢。隨著CAN的批量推廣，其成本會進一步降低9。1.5單片機概述單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關注，應用很廣，發展很快。單片機體積小，重量輕，抗干擾能力強，環境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發較為容易。由于具有上述優點

24、，在我國，單片機已廣泛地應用在工業自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設備等各個方面。單片機根據其基本操作處理的位數可分為：1位單片機、4位單片機、8位單片機、16位單片機、32位單片機。20世紀80年代以來，單片機的發展非常迅速。就通用單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投放市場的產品就有幾十個系列，數百個品種。其中有Motorola公司的6801、6802。Zilog公司的Z8系列，Rockwell公司的6501、6502等。此外，荷蘭的Philips公司、日本的NEC公司、日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機品種，許多國外的公司以MCS-51的內

25、核為基礎，推出了各種與MCS-51系列單片機兼容的衍生品種。盡管單片機的品種很多，但是在我國使用最多的是Intel公司的MCS-51系列單片機及其增強型、擴展型的衍生機型。MCS-51系列是在MCS-48系列的基礎上于20世紀80年代初發展起來的，是最早進入國內的單片機主流品種之一。雖然它是8位的單片機，但它具有品種全、兼容性強、性能價格比高等特點，且軟硬件應用設計資料豐富齊全，已為我國廣大工程技術人員所熟悉。因此，MCS-51系列單片機在我國得到了廣泛的應用。直至現在，MCS-51系列的單片機及其衍生機型仍不失為單片機的主流系列，在最近的若干年內仍是工業檢測、控制應用的主角101112。1.

26、6開發iCAN-RS232協議轉換器的必要性我們已經看到，RS232和CAN在各自的領域中都在發揮著不可替代的作用，分別成長為各自領域內的標準。單從支持他們的設備的種類和數量來看，就充分地說明這一點。RS232的普及不需多講，CAN自誕生的那一天起，就迅速成長起來，據統計，截止1999年，接近6千萬個CAN控制器投入應用到汽車、輪船、航天飛機等交通工業以及其他工業控制中，到2000年，市場銷售的CAN器件數量已經超過1個億，想想現在已是2009年，CAN-bus的應用將會多廣泛。最重要的是，RS232和CAN本身仍然在不斷發展，不斷完善，以滿足市場和社會的需求，因此具有美好的前景。但是，隨著計

27、算機技術的飛速發展，PC已經把RS232采納為串行總線和串行接口標準的控制器幾乎已經成為各個領域的操控終端的不二之選，只要接口標準統一，安裝必要的應用軟件和驅動程序之后，PC就能接入到各個控制系統中去。但是，對于CAN這樣的專業網絡，PC的接入必須經過必要的改造或適配。還有，現今仍然使用的一些通信設備不具備直接與CAN通信的功能。當前，對于CAN網絡的操作和控制，更多地通過智能手續終端來實現。智能手續終端主要采用嵌入式系統作為支撐，微控制器控制外圍器件如CAN控制器接入CAN網絡，其內的固件提前固化到芯片中，提供對CAN網絡的專業化操作功能，因此，終端本身是專門制定的。由于應用的針對性很強，這

28、些終端設備的擴充、維護、排障和改造升級非常不便，很自然地，設備的價格和維護成本也會居高不下。而這些，都是配備了RS232串行接口的PC和終端的絕對優勢3。此外，對比RS232和CAN的特性，我們還可以知道，除了RS232的通用性和CAN的專業性之間的差異之外。RS232更適合低速的短距離傳輸，而CAN卻可以通過降低總線上的傳輸速率把傳輸距離擴展到幾公里以上，非常適合長距傳輸。因此，為了應用的高效率、操控的便利性，我們完全有必要采用技術手段實現通過PC或終端的RS232接口接入CAN專業網絡，把RS232的通用性和CAN的專業性結合起來，把它們之間的優勢融合起來。1.7開發iCAN-RS232協

29、議轉換器的可行性一般地，協議轉換器基于單片機，其外圍器件為協議的控制器，與微控制器通過I/O端口采用總線復用的方式連接起來，這些器件通過各自的標準接口接入到各自的協議網絡中去13，單片機內的固件分析、理解某個協議控制器收發的數據，再轉換成另一個協議控制器支持的協議標準和數據格式，然后轉發到另外一個網絡去，完成協議轉換14。我們要開發設計的協議轉換器需要完成RS232協議與iCAN協議之間的轉換，基于單片機，我們稱之為基于單片機的iCAN-RS232協議轉換器。從技術角度分析，第一，RS232協議和iCAN協議都是標準化協議，它們的共同特點是協議制定的比較完整，RS232總線協議非常簡單，僅對物

30、理層作了定義和約束，iCAN協議是CAN-bus的應用層協議，CAN協議只定義了物理層和數據鏈路層，因而硬件接口非常簡單。這樣，只要準確地理解協議，完成協議轉換不成問題，而且，開發出來的產品兼容性好，通用性強，這是協議轉換器的最必要條件；第二，單片機的廣泛應用和不斷發展，被證明是完成這類工業控制的最行之有效的手段，這是開發協議轉換器的強有力支撐和保障；第三，微控制器、RS232和CAN的控制器本身越來越成熟，工作穩定，性能可靠，人們對它們的使用和開發總結出一些高效實用的手段，而且，這些器件的批量應用決定了它的價格成本不斷降低，表現出優越的性能價格比。因此，我們可以說，開發基于單片機的iCAN-

31、RS232協議轉換器，技術上完全可行。從市場方面來看，人們對于iCAN-RS232協議轉換器的需求毋庸質疑，其實，很多專業公司都提供這些類似產品，如單片機應用開發方面卓有成就的周立功公司就提供成型產品，但是，價格不菲。通過對幾家專業汽車公司（如大眾、奇瑞）做了調查后發現，他們對汽車CAN網絡的靈活操作和功能擴充有強烈需求，也對CAN的前景表示出十足的信心。因此，開發iCAN-RS232協議轉換器具有相當的市場前景和應用價值15。綜合以上，設計基于單片機的iCAN-RS232協議轉換器。首先，應做好對RS232協議和iCAN協議的準確理解，發現并攻克其中的難點和關鍵點，為后續工作打好基礎；其次，

32、查閱資料，合理選定微控制器、RS232控制器和CAN控制器，規劃好它們之間的引腳連接，完成硬件電路；再者，完成軟件設計，反復調試，直至協議轉換功能的最終實現。第2章 協議簡介2.1 RS232協議簡介串行通信接口標準經過使用和發展，目前已經有幾種。但都是在RS232標準的基礎上經過改進而形成的。RS-232C標準（協議）的全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業協會，RS（Ecommeded Standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、

33、RS232A。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標準是美國EIA(電子工業聯合會）與BELL等公司一起開發的1969年公布的通信協議。它適合于數據傳輸速率在020Kbps范圍內的通信。由于通行設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備16，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。它規定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標準還有RS-232C、RS-422A、RS-423A、RS-485。這里只介紹RS-232C（簡稱232，RS232）17。 例如，目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。在討論RS232接口

34、標準內容之前，先聲明兩點：首先，RS232標準最初是遠程通信連接數據終端設備DTE(Data Terminal Equipment)與數據通信設備DCE（Data Communication Equipment）而制定的。因此這個標準的制定，并未考慮計算機系統的應用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計算機（更準確的說，是計算機接口）與終端或外設之間的近端連接標準。顯然，這個標準的有些規定和計算機系統是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對這種背景的了解，我們對RS232標準與計算機不兼容的地方就不難理解了。其次，RS232標準中所提到的“發送”和“接收”，都是站在DTE立場上，而不是站在DCE的立場來

35、定義的。由于在計算機系統中，往往是CPU和I/O設備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發送和接收18。2.1.1 RS232的電氣特性EIA-RS-232C對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規定。 在TXD和RXD上：邏輯1（MARK）=-3V-15V、邏輯0（SPACE）=+3+15V；在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號（有效接通，ON狀態，正電壓）=+3V+15V、信號（無效斷開，OFF狀態，負電壓）=-3V-15V。以上規定說明了RS323標準對邏輯電平的定義。對于數據（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號）的電平高于+3V

36、；對于控制信號：接通狀態（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態（OFF）即信號無效的電平低于-3V，也就是當傳輸電平的絕對值大于3V時，電路可以有效地檢查出來，介于-3+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平在±（315）V之間。EIA-RS-232C與TTL轉換：EIA-RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態，與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的變換。實現這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯

37、片。目前較為廣泛地使用集成電路轉換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉換，而MC1489、SN75154可實現EIA電平到TTL電平的轉換。MAX232芯片可完成TTLEIA雙向電平轉換。進行電平轉換后才能送到連接器上去或從連接器上送進來。2.1.2 RS232連接器的機械特性連接器：由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現了DB-25、DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。（1）DB-25連接器PC和XT機采用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根信號線，分為4組： 異步通信的9個電壓

38、信號（含信號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22。 20mA電流環信號 9個（12，13，14，15，16，17，19，23，24）。 空6個（9，10，11，18，21，25）。 保護地（PE）1個，作為設備接地端（1腳）。DB-25和DB-9型連接器的外形及信號線分配如圖2.1所示。注意，20mA電流環信號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以后，已不支持。（2）DB-9連接器在AT機及以后，不支持20mA電流環接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個信號。DB-9型連接器的引腳分配與D

39、B-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設備連接，必須使用專門的電纜線。電纜長度：在通信速率低于20kbps時，RS-232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。最大直接傳輸距離說明：RS-232C標準規定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。可見這個最大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小于4%的要求，接口標準在電氣特性中規定，驅動器的負載電容應小于2500pF。圖2.1 DB-9和DB-9連接器2.1.3 RS232接口信號RS232標準接口有25條線，4條數據線、

40、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：（1）聯絡控制信號線數據裝置準備好（Data set ready-DSR）有效時（ON）狀態，表明MODEM處于可以使用的狀態。數據終端準備好（Data set ready-DTR）有效時（ON）狀態，表明數據終端可以使用。這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個設備狀態信號有效，只表示設備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始進行通信要由下面的控制信號決定。請求發送（Request to send-RTS）用來表示DTE請求DCE發送數據，即當終端要發送數據時，使該信號有效（ON狀態），向MODE

41、M請求發送。它用來控制MODEM是否要進入發送狀態。允許發送（Clear to send-CTS）用來表示DCE準備好接收DTE發來的數據，是對請求發送信號RTS的響應信號。當MODEM已準備好接收終端傳來的數據，并向前發送時，使該信號有效，通知終端開始沿發送數據線TxD發送數據。這對RTS/CTS請求應答聯絡信號是用于半雙工MODEM系統中發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯絡信號，使其變高。接收線信號檢出(Received Line detection-RLD)用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數據。當本地的MODEM收到由通

42、信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調成數據后，沿接收數據線RxD送到終端。此線也叫做數據載波檢出(Data Carrier dectection-DCD）線。振鈴指示(Ringing-RI) 當MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態），通知終端，已被呼叫。（2）數據發送與接收線發送數據（Transmitted data-TxD）通過TxD終端將串行數據發送到MODEM，（DTEDCE）。接收數據（Received data-RxD）通過RxD線終端接收從MODEM發來的串行數據，

43、(DCEDTE）。（3）地線有兩根線SG、PE信號地和保護地信號線，無方向。上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如，只有當DSR和DTR都處于有效（ON）狀態時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要發送數據，則預先將DTR線置成有效(ON)狀態，等CTS線上收到有效(ON)狀態的回答后，才能在TxD線上發送串行數據。這種順序的規定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發送方向，這時線路才能開始發送。當通信距離較近時，可不需要MODEM，通信雙方可以直接連接，這種情況下，只需使用少數幾根信號線。最簡單的情況，在通信中根

44、本不需要RS-232C的控制聯絡信號，只需三根線（發送線、接收線、信號地線）便可實現全雙工異步串行通信；當遠距離通信（傳輸距離大于15m的通信）時，一般要加調制解調器MODEM，因此使用的信號線較多。2.2 CAN協議簡介CAN協議遵循ISO/OSI參考模型的相關規定，即低層為高層服務，高層向低層請求，只有兩個節點間的同一層之間才能互相通信。為了簡化結構，CAN協議僅采用了OSI中的低2層，物理層和數據鏈路層。同樣地，物理層規定了硬件的電氣特性，數據鏈路層控制幀的結構、執行仲裁、錯誤檢測、故障界定等功能。除此之外，CAN協議還包括一個高層，即應用層。CAN是一種基于廣播方式的協議，每一幀CAN

45、報文都包括標識符和數據域，CAN網絡上的節點根據標識符的內容確定是否接收這些報文。CAN報文提供4種幀類型： 數據幀：包括標識符和08字節數據，用于將數據從發送器（發送節點）發送到接收器（接收節點）。 遠程幀：只有標識符，CAN協議對遠程幀作用的定義是發送節點請求接收節點傳送指定標識符的數據幀。在實際應用中，接收節點是否回發數據幀由接收節點的軟件決定。 錯誤幀：用于標明一個節點檢測到了總線/網絡故障。 超載幀：在幀的發送間隔之間提供一個延時以控制數據流。根據CAN2.0B規范，CAN報文的數據幀和遠程幀又分為標準幀和擴展幀。其中，幀標識符為11位的稱為標準幀；幀標識符為29位的稱為擴展幀10。

46、2.3 iCAN協議簡介iCAN協議全稱“Industry CAN-bus Application Protocol”，即工業CAN-bus應用層協議。iCAN協議沿用了CAN協議標準所規定的總線網絡的物理層和數據鏈路層,對CAN-bus報文中的幀標識符和數據域進行了重定義。iCAN協議通訊層結構如圖2.2所示。圖2.2 iCAN協議通訊層結構iCAN協議詳細的定義了CAN-bus報文中幀標識符以及數據的分配和應用，建立了一個統一的設備模型，定義了設備的I/O資源和訪問規則，主要內容如下： iCAN報文格式定義，規定了iCAN協議規范中使用的CAN幀類型、以及幀ID、報文數據的使用等。 報文傳

47、輸協議，規定了基于iCAN協議的設備之間的通訊方式。 設備的定義，設備標識、設備應用單元、設備通訊以及應用參數以及定義標準設備類型，區分網絡上設備具有的不同功能或者產品類型。 網絡管理，規定了設備通訊監控以及錯誤管理。（1）iCAN協議特點iCAN協議在汲取DeviceNET和CANopen 協議之精粹基礎上，充分繼承和發展了基于連接和對象尋址兩種核心功能。支持多種傳輸方式，包括輪詢方式、狀態觸發方式以及定時循環方式，還根據國內實際情況，去掉了諸如復雜的基于對象模式、通信波特率限制等因素，以高效精煉的協議，保證了數據通信的可靠性和實時性，有效降低了硬件實現成本。 基于節點地址的設備尋址，iCA

48、N網絡中支持多達64個節點。 支持輪詢和事件觸發通訊方式，保證了數據通信的實時性。 基于資源節點的設備數據尋址方式，簡化了主站和從站間數據交換方式。 統一的設備模型，提高了設備的易用性和互換性。 完善的網絡管理，有效監控所有通信節點，保證了數據通信的可靠性。（2）iCAN協議中專有名詞解釋 源節點：發送報文的節點。 目標節點：接收報文的節點。 主站（主控節點、主控設備、主站）：基于iCAN協議網絡中的管理設備，負責管理整個網絡中的通訊，可以為PC或者嵌入式設備。 從站（受控節點、受控設備、從站）：基于iCAN協議網絡中的I/O設備單元，主站建立與從站的數據通訊，從從站獲取輸入數據，并向它分配輸

49、出數據。 節點：iCAN網絡中主站和從站。 資源節點：指設備中特定的應用單元，如I/O端口。 資源子節點：指設備中特定配置單元中的子單元，如配置資源。 MAC ID：Media Acess Control ID，媒體訪問控制標識。iCAN網絡中節點的唯一標識。2.3.1 iCAN的報文格式iCAN協議報文格式定義了CAN報文的標識符以及數據部分使用原則和功能含義。對報文格式的定義，使網絡中CAN報文的每個組成元素均有其特定的功能和意義。CAN報文格式的定義也是iCAN協議中最基本的組成部分，CAN報文格式的定義包括兩個方面，即報文標識符和報文數據部分的分配。iCAN協議中只使用了擴展幀格式CA

50、N報文，標準幀格式CAN報文并未使用，在iCAN協議中并沒有使用遠程幀格式的定義。iCAN協議中，對CAN報文的29位標識符和報文數據部分的使用都做了詳細的規定，iCAN協議中報文的格式規定如表2.1所示。表2.1 iCAN協議報文幀格式幀標識符ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID2100SrcMACID(源節點編號)ID20ID19ID18ID17ID16ID15ID14ID1300DestMACID（目標節點編號）ID12ID11ID10ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ACKFUNC ID（功能碼）Source ID（資源節點編號）RTR

51、=0DLC幀數據部分Byte 0（SegFlag）Byte 1(LengthFlag、ErrID)Byte 2Byte 3Byte 4Byte 5Byte 6Byte 7表2.2 iCAN報文標識符分配幀標示符ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID2100SrcMACID（源節點編號）ID20ID19ID18ID17ID16ID15ID14ID1300DestMACID（目標節點編號）ID12ID11ID10ID9ID8ACKFUNC ID（功能碼）ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0RTRSource ID（資源節點編號）01、iCAN報文標識符的分配報文標

52、識符指定了數據通訊中的源節點MAC ID和目標節點MAC ID，并指定了報文的功能以及所要訪問的資源。報文標識符被分為5個部分：SrcMACID（源節點編號）、DestMACID（目標節點編號）、ACK位、FUNC ID（功能碼）、Source ID（資源節點編號）。iCAN報文標識符分配如表2.2所示。（1）節點編號節點編號（MAC ID）為設備在網絡上的唯一標識，分配為6位，范圍為0x000x3F（一個iCAN網絡最多支持64個節點）。0xFF有特殊用途。由節點編號的分配可以知道一個iCAN網絡中最多容納64個節點。在通信報文的標識符中指定了發送節點（源節點）和接收節點（目標節點）的編號。

53、在每次的通信過程中，通信雙方都必須檢查SrcMACID和DestMACID的值是否與已知連接的兩端點是否相同。 SrcMACID（源節點編號）：是發送報文的節點編號，占用標識符位ID2821。源節點的MAC ID分配6位，數值范圍為0x000x3F。SrcMACID的值不能為0xFF，該值保留。 DestMACID（目標節點編號）：是接收節點的編號，占用標識符位ID2013。目標節點的MAC ID分配6位，數值范圍為0x000x3F。當DestID為0xFF值時，表示本次發送的幀是廣播幀。（2）ACKACK（響應標識位）：分配1位，占用標識位ID12。該位用于區分幀類型為命令幀還是響應幀，并說

54、明是否需要應答本幀（見表2.3所示）。表2.3 響應標識位ACK含 義0用于命令幀，本幀需要應答，但對于廣播幀，此值無意義1用于響應幀，本幀不需要應答，或不需要應答的命令幀（如廣播幀）（3）FUNC IDFUNC ID（功能碼）：分配4位，占用標識符位ID118。功能碼用于指示報文所需要實現的功能，接收報文的節點根據報文中的功能碼進行相應處理。在iCAN協議規范中所使用的功能碼見表2.4所示。（4）Source IDSource ID（資源節點地址編號）：用于指示所要操作的設備內部單元，分配8位，占用標識符位ID70。根據報文中資源節點地址標號接收報文的節點對設備內部對應的單元進行操作。在iC

55、AN協議中基本資源節點占用256字節空間。表2.4 功能碼列表FUNC ID功 能描 述0x00Reserve0x01 連續寫端口用于對單個或者多個資源節點的數據寫入0x02連續讀端口用于讀取單個或者多個資源節點的數據0x03 輸入端口事件觸發傳送用于輸入端口定時循環或者狀態改變傳送0x04 建立連接用于和iCAN節點建立通信0x05 刪除鏈接用于刪除與iCAN節點建立的通信0x06 設備復位用于復位iCAN節點0x07 MAC ID檢測用于檢測網絡上是否有相同MAC ID的節點0x080e Reserve0x0f 出錯響應用于指示為出錯響應2、iCAN幀數據部分定義在iCAN協議中報文的數據部分主要用于傳送與功能