CANlink3.0通信協(xié)議詳解(一)

此篇文章的主要內(nèi)容：

1.CANllink連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：屏蔽雙絞線概念，接地線的種類和本質(zhì)，細(xì)分GND地線的意義，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的意義。

2.CANlink接線現(xiàn)場(chǎng)不同線纜的使用方式

3.通信協(xié)議概念理解

CANlink通信協(xié)議是匯川公司自主開發(fā)的基于CAN總線應(yīng)用的專用協(xié)議，此協(xié)議只能與H2U、H3U、AM600等匯川PLC進(jìn)行通信。（CANLINK協(xié)議，只在匯川部分系列設(shè)備間進(jìn)行通訊使用）

1.CANllink連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

CAN總線連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示，CAN 總線推薦使用帶屏蔽雙絞線連接，CANH、CANL 采用雙絞線連接；只在總線兩端分別連接120Ω 終端匹配電阻防止信號(hào)反射；所有節(jié)點(diǎn)CAN 信號(hào)的參考地（CGND地線串聯(lián)）連接在一起；最多連接64 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)支線的距離要小于0.3M。

CANllink連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ps1:屏蔽雙絞線：

屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair，STP）電纜是外層由鋁箔包裹著，具有信號(hào)屏蔽功能且傳輸速率相對(duì)較高的信號(hào)傳輸電纜。根據(jù)屏蔽方式的不同，屏蔽雙絞線又分為兩類，即STP（Shielded Twisted-Pair）和FTP（Foil Twisted-Pair）。TP是指每條線都有各自屏蔽層的屏蔽雙絞線，而FTP則是采用整體屏蔽的屏蔽雙絞線需要注意的是，屏蔽只在整個(gè)電纜均有屏蔽裝置，并且兩端正確接地的情況下才起作用。所以，要求整個(gè)系統(tǒng)全部是屏蔽器件，包括電纜、插座、水晶頭和配線架等，同時(shí)建筑物需要有良好的地線系統(tǒng)。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁箔包裹，以減小輻射，但并不能完全消除輻射。屏蔽雙絞線價(jià)格相對(duì)較高，安裝時(shí)要比非屏蔽雙絞線電纜困難。類似于同軸電纜，它必須配有支持屏蔽功能的特殊連接器和相應(yīng)的安裝技術(shù)。但它有較高的傳輸速率，100米內(nèi)可達(dá)到155Mbps。

ps2.接地線的種類和本質(zhì)

①模擬地線AGND

模擬地線AGND，主要是用在模擬電路部分，如模擬傳感器的ADC采集電路，運(yùn)算放大比例電路等。

在這些模擬電路中，由于信號(hào)是模擬信號(hào)，是微弱信號(hào)，很容易受到其他電路的大電流影響。

如果不加以區(qū)分，大電流會(huì)在模擬電路中產(chǎn)生大的壓降，會(huì)使得模擬信號(hào)失真，嚴(yán)重可能會(huì)造成模擬電路功能失效。

②數(shù)字地線DGND

數(shù)字地線DGND，顯然是相對(duì)模擬地線AGND而言，主要是用于數(shù)字電路部分，比如按鍵檢測(cè)電路，USB通信電路，單片機(jī)電路等等。

之所以設(shè)立數(shù)字地線DGND，是因?yàn)閿?shù)字電路具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，都屬于離散型的開光量信號(hào)，只有數(shù)字“0”和數(shù)字“1”區(qū)分。

數(shù)字信號(hào)

在由數(shù)字“0”電壓跳變成數(shù)字“1”電壓的過程中，或者由數(shù)字“1”電壓跳變成數(shù)字“0”電壓的過程中，電壓產(chǎn)生了一個(gè)變化，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，變化的電流周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，也就形成了對(duì)其他電路的EMC輻射。

沒辦法，為了降低電路的EMC輻射影響，必須使用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)字地線DGND，讓其他電路得到有效的隔離。

③功率地線PGND

模擬地線AGND也好，數(shù)字地線DGND也罷，它們都是小功率電路。在大功率電路中，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路等等，也是存在一個(gè)單獨(dú)的參考地線，這個(gè)參考地線叫做功率地線PGND。

大功率電路，顧名思義，是電流比較大的電路。很顯然大的電流，容易造成不同功能電路之間的地偏移現(xiàn)象。

地偏移現(xiàn)象

一旦電路中存在地偏移，那么原來的5V電壓就可能不是5V了，而是變成了4V。因?yàn)?V電壓是參考GND地線0V而言，如果地偏移使得GND地線由0V抬升到了1V，那么之前的5V（5V-0V=5V）電壓就變成了現(xiàn)在的4V（5V-1V=4V）了。

④電源地線GND

模擬地線AGND，和數(shù)字地線DGND以及功率地線PGND，都被歸類為直流地線GND。這些不同種類的地線，最后都要匯集在一起，作為整個(gè)電路的0V參考地線，這個(gè)地線叫做電源地線GND。

電源，是所有電路的能量來源。所有電路工作需要的電壓電流，均是來自電源。因此電源的地線GND，是所有電路的0V電壓參考點(diǎn)。

這就是為什么其他類型的地線，無論是模擬地線AGND，數(shù)字地線DGND還是功率地線PGND，最后都需要與電源地線GND匯集在一起。

⑤交流地線CGND

交流地線CGND，一般是存在于含有交流電源的電路項(xiàng)目中，如AC-DC交流轉(zhuǎn)直流電源電路。

AC-DC電源電路，分為兩個(gè)部分。電路中的前級(jí)是AC交流部分，電路中的后級(jí)是DC直流部分，這就被迫形成了兩個(gè)地線，一個(gè)是交流地線，另一個(gè)是直流地線。

交流地線作為交流電路部分的0V參考點(diǎn)，直流地線作為直流電路部分的0V參考點(diǎn)。通常為了在電路中統(tǒng)一一個(gè)地線GND，工程師會(huì)將交流地線通過一個(gè)耦合電容或者電感與直流地線連接在一起。

⑥大地地線EGND

人體的安全電壓是在36V以下，超過36V的電壓如果施加在人體身上，會(huì)導(dǎo)致人體受到損傷，這是工程師在開發(fā)設(shè)計(jì)電路項(xiàng)目方案的一個(gè)安全常識(shí)。

為了增強(qiáng)電路的安全系數(shù)，工程師一般在高壓大電流的項(xiàng)目中使用大地的地線EGND，例如在家用電器電風(fēng)扇、電冰箱、電視機(jī)等電路中。家用電器的插座，為什么是3個(gè)接線端子？220V交流電只需要火線和零線，兩根就可以。那么，為什么插座是3個(gè)接線端子呢？

插座的3個(gè)接線端子，其中的兩個(gè)端子是用于220V的火線和零線，另外一個(gè)端子就是起保護(hù)作用的大地地線EGND。

需要重點(diǎn)指出的是，大地地線EGND，它僅僅是連接到我們的地球，起到高壓保護(hù)作用，沒有參與項(xiàng)目電路功能，與電路功能無關(guān)。

所以，大地地線EGND與其他類型的地線GND，是存在明顯電路含義區(qū)別的。

ps3、細(xì)分GND地線的意義

工程師可能會(huì)問，一個(gè)地線GND怎么會(huì)有這么多區(qū)分，簡(jiǎn)單的電路問題怎么弄得這么復(fù)雜？為什么需要引入這么多細(xì)分的GND地線功能？

工程師一般針對(duì)這類GND地線設(shè)計(jì)問題，都簡(jiǎn)單的統(tǒng)一命名為GND，在原理圖設(shè)計(jì)過程中沒有加以區(qū)分，導(dǎo)致在PCB布線的時(shí)候很難有效識(shí)別不同電路功能的GND地線，直接簡(jiǎn)單地將所有GND地線連接在一起。

雖然這樣操作簡(jiǎn)便，但這將導(dǎo)致一系列問題：

問題1：信號(hào)串?dāng)_

假如將不同功能的地線GND直接連接在一起，大功率電路通過地線GND，會(huì)影響小功率電路的0V參考點(diǎn)GND，這樣就產(chǎn)生了不同電路信號(hào)之間的串?dāng)_。

問題2：信號(hào)精度

模擬電路，它的考核核心指標(biāo)就是信號(hào)的精度。失去精度，模擬電路也就失去了原本的功能意義。

交流電源的地線CGND由于是正弦波，是周期性的上下波動(dòng)變化，它的電壓也是上下波動(dòng)，不是像直流地線GND一樣始終維持在一個(gè)0V上不變。

將不同電路的地線GND連接在一起，周期性變化的交流地線CGND會(huì)帶動(dòng)模擬電路的地線AGND變化，這樣就影響了模擬信號(hào)的電壓精度值了。

問題3：EMC實(shí)驗(yàn)

信號(hào)越弱，對(duì)外的電磁輻射EMC也就越弱；信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)外的電磁輻射EMC也就越強(qiáng)。

假如將不同電路的地線GND連接在一起，信號(hào)強(qiáng)電路的地線GND，直接干擾了信號(hào)弱電路的地線GND。

其后果是，原本信號(hào)弱的電磁輻射EMC，也成為了對(duì)外電磁輻射強(qiáng)的信號(hào)源，增加了電路處理EMC實(shí)驗(yàn)的難度。

問題4：電路可靠性

電路系統(tǒng)之間，信號(hào)連接的部分越少，電路獨(dú)立運(yùn)行的能力越強(qiáng)；信號(hào)連接的部分越多，電路獨(dú)立運(yùn)行的能力就越弱。

試想，如果兩個(gè)電路系統(tǒng)A和電路系統(tǒng)B，沒有任何的交集，電路系統(tǒng)A的功能好壞顯然是不能影響電路系統(tǒng)B的正常工作，同樣電路系統(tǒng)B的功能好壞也是不能影響電路系統(tǒng)A的正常工作。

好比一對(duì)陌生男女，在沒有成為戀人之前，女生的情緒變化是不會(huì)影響這個(gè)男生的心情的，因?yàn)樗麄儧]有任何交集。

假如在電路系統(tǒng)中，將不同功能的電路地線連接在一起，就相當(dāng)于增加了電路之間干擾的一個(gè)聯(lián)系紐帶，也即降低了電路運(yùn)行的可靠性。

ps4、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指把網(wǎng)絡(luò)電纜等各種傳輸媒體的物理連接等物理布局特征，通過借用幾何學(xué)中的點(diǎn)與線這兩種最基本的圖形元素描述，抽象地來討論網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個(gè)端點(diǎn)相互連接的方法、形式與幾何形狀，可表示出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)配置和相互之間的連接。它的結(jié)構(gòu)主要有總線型結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將各個(gè)節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)連接，呈現(xiàn)出放射狀排列，通過中心節(jié)點(diǎn)對(duì)全網(wǎng)的通信進(jìn)行控制?？偩€型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是通過一條高速主干電纜對(duì)周圍節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。環(huán)型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以對(duì)節(jié)點(diǎn)收尾的信息進(jìn)行循環(huán)，形成閉合的環(huán)型線路，提高單項(xiàng)傳輸?shù)耐暾?。樹型?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以保證兩節(jié)點(diǎn)之間的無回路傳輸，保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)充的方便性。網(wǎng)狀型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將節(jié)點(diǎn)之間的線路進(jìn)行網(wǎng)狀連接，有效提高了線路之間信息傳遞的可靠性。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2、現(xiàn)場(chǎng)不同線纜的使用方式

不同線纜的接線方式

CANopen/CANlink總線的傳輸距離與波特率、通信電纜有直接關(guān)系，最大總線線路長(zhǎng)度與波特率關(guān)系參見下表：（距離越短，速度越快）

波特率和傳輸距離的關(guān)系

伺服通信波特率設(shè)定

3、通信協(xié)議概念理解

開放系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)議中最早的協(xié)議之一，它為連接不同操作系統(tǒng)和不同硬件體系結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供通信支持，是一種網(wǎng)絡(luò)通用語言。TCP/IP協(xié)議定義了在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中如何傳遞、管理信息（文件傳送、收發(fā)電子郵件、遠(yuǎn)程登錄等），并制定了在出錯(cuò)時(shí)必須遵循的規(guī)則。

通訊協(xié)議又稱通信規(guī)程，是指通信雙方對(duì)數(shù)據(jù)傳送控制的一種約定。約定中包括對(duì)數(shù)據(jù)格式，同步方式，傳送速度，傳送步驟，檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守，它也叫做鏈路控制規(guī)程。

電腦與電腦之間的溝通必須講述相同的語言，才能互相傳輸信息，自然資料在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上傳遞，每一份都要符合一定的規(guī)格（即是相同的語言），否則中國(guó)送出的資料，在美國(guó)那邊要怎么收下呢？這些規(guī)格（語言）的規(guī)定都是事先在會(huì)議上講好的，一般我們稱之為“協(xié)議”（英文稱為protocol），而這種在網(wǎng)絡(luò)上負(fù)責(zé)定義資料傳輸規(guī)格的協(xié)議，我們就統(tǒng)稱為通訊協(xié)議。其實(shí)每一種網(wǎng)絡(luò)所使用的通訊協(xié)議都不太一樣，但就以我們最常用的Internet為例，當(dāng)資料要送到Internet上時(shí)，就必須要使用Internet用的通訊協(xié)議。

（通訊協(xié)議就像語言，協(xié)議是經(jīng)過多方約定，共同確定了語句規(guī)范、語音、語調(diào)，讓各方以相同的方式進(jìn)行交流）

TCP是英文Transmission Control Protocol的縮寫，中文翻譯為“傳輸控制通訊協(xié)議”。TCP/IP是網(wǎng)絡(luò)中使用的基本的通信協(xié)議。雖然從名字上看TCP/IP包括兩個(gè)協(xié)議，傳輸控制協(xié)議(TCP)和網(wǎng)際協(xié)議(IP)，但TCP/IP實(shí)際上是一組協(xié)議，它包括上百個(gè)各種功能的協(xié)議，如：遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸和電子郵件等，而TCP協(xié)議和IP協(xié)議是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€(gè)基本的重要協(xié)議。通常說TCP/IP是Internet協(xié)議族，而不單單是TCP和IP。