光纖CAN總線通信技術研究
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CAN 控制器局域網(Controller Area Network)起源于德國 Bosch 公司，由于其獨特的多主非破壞逐位仲裁機制、高可靠的數據傳輸、良好的開放性、較高的性價比、國際范圍的標準化和廣泛的器件來源，迅速在眾多工業自動化領域得到了廣泛應用，成為發展最快、最具前途的現場總線之一。
CAN 總線作為一種應用越來越廣泛的現場總線，一直以來都是采用金屬雙絞屏蔽線作為組網傳輸介質，盡管采用差分方式傳輸的 CAN 總線已經具有較好的抗干擾能力，但是，對于一些特殊場合，如：電磁環境惡劣、高電壓、強磁場等應用場合，金屬雙絞屏蔽線的 CAN 網絡就無法適應了。近年來，隨著光纖通信技術的快速發展，光纖作為新興的信息傳輸介質，具有獨特的免電磁干擾特性和抗惡劣環境、不輻射電磁波、不導電的優良品質。因此，本文在分析了雙絞線 CAN 總線特性的基礎上，提出一種新型的光纖 CAN 總線接口和網絡構型，以促進光纖 CAN 總線技術的發展和應用。
金屬雙絞線 總線接口特性分析
典型的金屬雙絞線 CAN 總線接口電路如圖 1所示。 收發器 PCA82C250 是設備中 CAN 總線控制器SJA1000和外部雙絞屏蔽線CAN總線網絡之間的接口。它向總線提供差分驅動，它的主要功能是將CAN 總線控制器 TX0 端輸出信號的 TTL 電平變換為 CAN 總線上的“隱性”(邏輯“1”)或“顯性”(邏輯“0”)；并將 CAN 總線上的邏輯電平變換為 CAN總線控制器可以識別的 TTL 電平，從 RX0 端輸入。其真值表見表 1。 收發器發送/接收數據的原理詳見參考文獻［1］。除了上述收發器的功能之外，CAN 總線接口還具有下列重要特性。
1)“線與”功能：當 TXD=‘1’發送“隱性”電平時，驅動器使 PNP 管和 NPN 管截止，總線的狀態由其它節點的輸出狀態決定，只有當總線上所有節點都輸出“隱性”位時，總線狀態才為“隱性”；否則，只要有一個節點發送“顯性”位，網線 CANH 被鉗位在高電平，CANL被鉗位在低電平，則此時網絡狀態必為“顯性”位。故收發器 RXD 端的信號是所有節點 TXD信號“相與”邏輯運算的結果；
2)“在線監聽”功能：控制器從 TX0 端發出的信號，通過收發器在總線上“線與”后，從 RXD輸出給控制器 RX0 端接收，實現總線的“在線監聽”功能；
3)節點故障保護功能：當某個節點故障時，CAN總線控制器可能連續發送“顯性”位“霸占”總線，造成系統癱瘓，此時，收發器中的保護電路將自動將本節點斷開；
4)非破壞逐位競爭總線仲裁機制：該機制是利用CAN 控制器的“在線監聽”和收發器的硬件“線與”功能，當多個節點發生競爭，逐位同時向網絡發送報文標識符時，如果控制器發送出去的位值和“在線監聽”讀回的位值一致，則繼續發送下一位參與競爭；如果發送出去的位值和“在線監聽”讀回的位值不一致，即本節點優先級低(數值大，該位值為 1，即隱性)，則控制器判定本節點退出競爭。
總體設計
3.1. 系統構型
目前，已經研究和開發出來的光纖 CAN 總線網絡主要有總線型、環形和星型等網絡構型，且基本采用雙光纖分別實現信號的收/發功能。本文提出了一種新型的基于集線器形式的單光纖 CAN 總線網絡，屬于星型網絡構型，采用點對點方式通信。
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