CANlink3.0通信协议详解(一)

此篇文章的主要内容：

1.CANllink连接拓扑结构：屏蔽双绞线概念，接地线的种类和本质，细分GND地线的意义，拓扑结构的意义。

2.CANlink接线现场不同线缆的使用方式

3.通信协议概念理解

CANlink通信协议是汇川公司自主开发的基于CAN总线应用的专用协议，此协议只能与H2U、H3U、AM600等汇川PLC进行通信。（CANLINK协议，只在汇川部分系列设备间进行通讯使用）

1.CANllink连接拓扑结构

CAN总线连接拓扑结构如下图所示，CAN 总线推荐使用带屏蔽双绞线连接，CANH、CANL 采用双绞线连接；只在总线两端分别连接120Ω 终端匹配电阻防止信号反射；所有节点CAN 信号的参考地（CGND地线串联）连接在一起；最多连接64 个节点，每个节点支线的距离要小于0.3M。

CANllink连接拓扑结构

ps1:屏蔽双绞线：

屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）电缆是外层由铝箔包裹着，具有信号屏蔽功能且传输速率相对较高的信号传输电缆。根据屏蔽方式的不同，屏蔽双绞线又分为两类，即STP（Shielded Twisted-Pair）和FTP（Foil Twisted-Pair）。TP是指每条线都有各自屏蔽层的屏蔽双绞线，而FTP则是采用整体屏蔽的屏蔽双绞线需要注意的是，屏蔽只在整个电缆均有屏蔽装置，并且两端正确接地的情况下才起作用。所以，要求整个系统全部是屏蔽器件，包括电缆、插座、水晶头和配线架等，同时建筑物需要有良好的地线系统。屏蔽双绞线电缆的外层由铝箔包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率，100米内可达到155Mbps。

ps2.接地线的种类和本质

①模拟地线AGND

模拟地线AGND，主要是用在模拟电路部分，如模拟传感器的ADC采集电路，运算放大比例电路等。

在这些模拟电路中，由于信号是模拟信号，是微弱信号，很容易受到其他电路的大电流影响。

如果不加以区分，大电流会在模拟电路中产生大的压降，会使得模拟信号失真，严重可能会造成模拟电路功能失效。

②数字地线DGND

数字地线DGND，显然是相对模拟地线AGND而言，主要是用于数字电路部分，比如按键检测电路，USB通信电路，单片机电路等等。

之所以设立数字地线DGND，是因为数字电路具有一个共同的特点，都属于离散型的开光量信号，只有数字“0”和数字“1”区分。

数字信号

在由数字“0”电压跳变成数字“1”电压的过程中，或者由数字“1”电压跳变成数字“0”电压的过程中，电压产生了一个变化，根据麦克斯韦电磁理论，变化的电流周围会产生磁场，也就形成了对其他电路的EMC辐射。

没办法，为了降低电路的EMC辐射影响，必须使用一个单独的数字地线DGND，让其他电路得到有效的隔离。

③功率地线PGND

模拟地线AGND也好，数字地线DGND也罢，它们都是小功率电路。在大功率电路中，如电机驱动电路，电磁阀驱动电路等等，也是存在一个单独的参考地线，这个参考地线叫做功率地线PGND。

大功率电路，顾名思义，是电流比较大的电路。很显然大的电流，容易造成不同功能电路之间的地偏移现象。

地偏移现象

一旦电路中存在地偏移，那么原来的5V电压就可能不是5V了，而是变成了4V。因为5V电压是参考GND地线0V而言，如果地偏移使得GND地线由0V抬升到了1V，那么之前的5V（5V-0V=5V）电压就变成了现在的4V（5V-1V=4V）了。

④电源地线GND

模拟地线AGND，和数字地线DGND以及功率地线PGND，都被归类为直流地线GND。这些不同种类的地线，最后都要汇集在一起，作为整个电路的0V参考地线，这个地线叫做电源地线GND。

电源，是所有电路的能量来源。所有电路工作需要的电压电流，均是来自电源。因此电源的地线GND，是所有电路的0V电压参考点。

这就是为什么其他类型的地线，无论是模拟地线AGND，数字地线DGND还是功率地线PGND，最后都需要与电源地线GND汇集在一起。

⑤交流地线CGND

交流地线CGND，一般是存在于含有交流电源的电路项目中，如AC-DC交流转直流电源电路。

AC-DC电源电路，分为两个部分。电路中的前级是AC交流部分，电路中的后级是DC直流部分，这就被迫形成了两个地线，一个是交流地线，另一个是直流地线。

交流地线作为交流电路部分的0V参考点，直流地线作为直流电路部分的0V参考点。通常为了在电路中统一一个地线GND，工程师会将交流地线通过一个耦合电容或者电感与直流地线连接在一起。

⑥大地地线EGND

人体的安全电压是在36V以下，超过36V的电压如果施加在人体身上，会导致人体受到损伤，这是工程师在开发设计电路项目方案的一个安全常识。

为了增强电路的安全系数，工程师一般在高压大电流的项目中使用大地的地线EGND，例如在家用电器电风扇、电冰箱、电视机等电路中。家用电器的插座，为什么是3个接线端子？220V交流电只需要火线和零线，两根就可以。那么，为什么插座是3个接线端子呢？

插座的3个接线端子，其中的两个端子是用于220V的火线和零线，另外一个端子就是起保护作用的大地地线EGND。

需要重点指出的是，大地地线EGND，它仅仅是连接到我们的地球，起到高压保护作用，没有参与项目电路功能，与电路功能无关。

所以，大地地线EGND与其他类型的地线GND，是存在明显电路含义区别的。

ps3、细分GND地线的意义

工程师可能会问，一个地线GND怎么会有这么多区分，简单的电路问题怎么弄得这么复杂？为什么需要引入这么多细分的GND地线功能？

工程师一般针对这类GND地线设计问题，都简单的统一命名为GND，在原理图设计过程中没有加以区分，导致在PCB布线的时候很难有效识别不同电路功能的GND地线，直接简单地将所有GND地线连接在一起。

虽然这样操作简便，但这将导致一系列问题：

问题1：信号串扰

假如将不同功能的地线GND直接连接在一起，大功率电路通过地线GND，会影响小功率电路的0V参考点GND，这样就产生了不同电路信号之间的串扰。

问题2：信号精度

模拟电路，它的考核核心指标就是信号的精度。失去精度，模拟电路也就失去了原本的功能意义。

交流电源的地线CGND由于是正弦波，是周期性的上下波动变化，它的电压也是上下波动，不是像直流地线GND一样始终维持在一个0V上不变。

将不同电路的地线GND连接在一起，周期性变化的交流地线CGND会带动模拟电路的地线AGND变化，这样就影响了模拟信号的电压精度值了。

问题3：EMC实验

信号越弱，对外的电磁辐射EMC也就越弱；信号越强，对外的电磁辐射EMC也就越强。

假如将不同电路的地线GND连接在一起，信号强电路的地线GND，直接干扰了信号弱电路的地线GND。

其后果是，原本信号弱的电磁辐射EMC，也成为了对外电磁辐射强的信号源，增加了电路处理EMC实验的难度。

问题4：电路可靠性

电路系统之间，信号连接的部分越少，电路独立运行的能力越强；信号连接的部分越多，电路独立运行的能力就越弱。

试想，如果两个电路系统A和电路系统B，没有任何的交集，电路系统A的功能好坏显然是不能影响电路系统B的正常工作，同样电路系统B的功能好坏也是不能影响电路系统A的正常工作。

好比一对陌生男女，在没有成为恋人之前，女生的情绪变化是不会影响这个男生的心情的，因为他们没有任何交集。

假如在电路系统中，将不同功能的电路地线连接在一起，就相当于增加了电路之间干扰的一个联系纽带，也即降低了电路运行的可靠性。

ps4、拓扑结构

网络拓扑结构是指把网络电缆等各种传输媒体的物理连接等物理布局特征，通过借用几何学中的点与线这两种最基本的图形元素描述，抽象地来讨论网络系统中各个端点相互连接的方法、形式与几何形状，可表示出网络服务器、工作站、网络设备的网络配置和相互之间的连接。它的结构主要有总线型结构、星型结构、环型结构、树型结构、网状结构。星型拓扑结构将各个节点与中心节点连接，呈现出放射状排列，通过中心节点对全网的通信进行控制。总线型计算机网络拓扑结构主要是通过一条高速主干电缆对周围节点进行连接。环型计算机网络拓扑结构可以对节点收尾的信息进行循环，形成闭合的环型线路，提高单项传输的完整性。树型计算机网络拓扑结构可以保证两节点之间的无回路传输，保证计算机网络拓扑结构扩充的方便性。网状型计算机网络拓扑结构将节点之间的线路进行网状连接，有效提高了线路之间信息传递的可靠性。

拓扑结构图

2、现场不同线缆的使用方式

不同线缆的接线方式

CANopen/CANlink总线的传输距离与波特率、通信电缆有直接关系，最大总线线路长度与波特率关系参见下表：（距离越短，速度越快）

波特率和传输距离的关系

伺服通信波特率设定

3、通信协议概念理解

开放系统互联协议中最早的协议之一，它为连接不同操作系统和不同硬件体系结构的互联网络提供通信支持，是一种网络通用语言。TCP/IP协议定义了在互联网络中如何传递、管理信息（文件传送、收发电子邮件、远程登录等），并制定了在出错时必须遵循的规则。

通讯协议又称通信规程，是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，它也叫做链路控制规程。

电脑与电脑之间的沟通必须讲述相同的语言，才能互相传输信息，自然资料在国际互联网上传递，每一份都要符合一定的规格（即是相同的语言），否则中国送出的资料，在美国那边要怎么收下呢？这些规格（语言）的规定都是事先在会议上讲好的，一般我们称之为“协议”（英文称为protocol），而这种在网络上负责定义资料传输规格的协议，我们就统称为通讯协议。其实每一种网络所使用的通讯协议都不太一样，但就以我们最常用的Internet为例，当资料要送到Internet上时，就必须要使用Internet用的通讯协议。

（通讯协议就像语言，协议是经过多方约定，共同确定了语句规范、语音、语调，让各方以相同的方式进行交流）

TCP是英文Transmission Control Protocol的缩写，中文翻译为“传输控制通讯协议”。TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议。虽然从名字上看TCP/IP包括两个协议，传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)，但TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。