光纤CAN总线通信技术研究
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CAN 控制器局域网(Controller Area Network)起源于德国 Bosch 公司，由于其独特的多主非破坏逐位仲裁机制、高可靠的数据传输、良好的开放性、较高的性价比、国际范围的标准化和广泛的器件来源，迅速在众多工业自动化领域得到了广泛应用，成为发展最快、最具前途的现场总线之一。
CAN 总线作为一种应用越来越广泛的现场总线，一直以来都是采用金属双绞屏蔽线作为组网传输介质，尽管采用差分方式传输的 CAN 总线已经具有较好的抗干扰能力，但是，对于一些特殊场合，如：电磁环境恶劣、高电压、强磁场等应用场合，金属双绞屏蔽线的 CAN 网络就无法适应了。近年来，随着光纤通信技术的快速发展，光纤作为新兴的信息传输介质，具有独特的免电磁干扰特性和抗恶劣环境、不辐射电磁波、不导电的优良品质。因此，本文在分析了双绞线 CAN 总线特性的基础上，提出一种新型的光纤 CAN 总线接口和网络构型，以促进光纤 CAN 总线技术的发展和应用。
金属双绞线 总线接口特性分析
典型的金属双绞线 CAN 总线接口电路如图 1所示。 收发器 PCA82C250 是设备中 CAN 总线控制器SJA1000和外部双绞屏蔽线CAN总线网络之间的接口。它向总线提供差分驱动，它的主要功能是将CAN 总线控制器 TX0 端输出信号的 TTL 电平变换为 CAN 总线上的“隐性”(逻辑“1”)或“显性”(逻辑“0”)；并将 CAN 总线上的逻辑电平变换为 CAN总线控制器可以识别的 TTL 电平，从 RX0 端输入。其真值表见表 1。 收发器发送/接收数据的原理详见参考文献［1］。除了上述收发器的功能之外，CAN 总线接口还具有下列重要特性。
1)“线与”功能：当 TXD=‘1’发送“隐性”电平时，驱动器使 PNP 管和 NPN 管截止，总线的状态由其它节点的输出状态决定，只有当总线上所有节点都输出“隐性”位时，总线状态才为“隐性”；否则，只要有一个节点发送“显性”位，网线 CANH 被钳位在高电平，CANL被钳位在低电平，则此时网络状态必为“显性”位。故收发器 RXD 端的信号是所有节点 TXD信号“相与”逻辑运算的结果；
2)“在线监听”功能：控制器从 TX0 端发出的信号，通过收发器在总线上“线与”后，从 RXD输出给控制器 RX0 端接收，实现总线的“在线监听”功能；
3)节点故障保护功能：当某个节点故障时，CAN总线控制器可能连续发送“显性”位“霸占”总线，造成系统瘫痪，此时，收发器中的保护电路将自动将本节点断开；
4)非破坏逐位竞争总线仲裁机制：该机制是利用CAN 控制器的“在线监听”和收发器的硬件“线与”功能，当多个节点发生竞争，逐位同时向网络发送报文标识符时，如果控制器发送出去的位值和“在线监听”读回的位值一致，则继续发送下一位参与竞争；如果发送出去的位值和“在线监听”读回的位值不一致，即本节点优先级低(数值大，该位值为 1，即隐性)，则控制器判定本节点退出竞争。
总体设计
3.1. 系统构型
目前，已经研究和开发出来的光纤 CAN 总线网络主要有总线型、环形和星型等网络构型，且基本采用双光纤分别实现信号的收/发功能。本文提出了一种新型的基于集线器形式的单光纤 CAN 总线网络，属于星型网络构型，采用点对点方式通信。
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