Serielle Schnittstelle, USB, SPI, I2C, 1-Wire (PDF) - Netzmafia

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Feldbusse
Diese Bussysteme treten in der unteren Steuerungs-, Messwerterfassungs- und Regelungsebene auf.
Sie dienen der Übertragung von Signalen zwischen Sensoren, Aktoren, Steuerungen (z. B. SPS = speicherprogrammierte
Steuerungen), Computern und Prozessleitsystemen.
Beispiele hierfür sind der Profibus (DIN 19245) der Bitbus (IEEE 1118), der Interbus S für die unterste
Ebene. Des weiteren existieren u. a. spezielle Bussysteme für Gebäude im Bereich der Haustechnik
(KNX-Standard nach ISO/IEC 14543-3, früher (EIB) nach EN 50090) und Bussysteme für Kraftfahrzeuge,
beispielsweise der CAN-Bus (CAN = Controller Area Network) oder der LIN-Bus LIN = Local
Interconnect Network. Diese Bussysteme arbeiten störsicher, jedoch mit geringer Datenrate. LIN
wurde speziell für die kostengünstige Kommunikation von intelligenten Sensoren und Aktoren in
Kraftfahrzeugen entwickelt.
3.1 Der CAN-Bus
” CAN“ steht, wie schon erwähnt, für Controller Area Network“; dieser Bus ist also räumlich begrenzt
(z. B. innerhalb einer Maschine/Maschinengruppe oder in einem Fahrzeug). Er wurde speziell
”
für den Einsatz innerhalb einer stark gestörten Umgebung konzipiert. Ein wesentliches Leistungsmerkmal
von Bussen ist die Vergabe der Buszugriffsberechtigung (Arbitration), die beim CAN-Bus
anders erfolgt als bei gebräuchlichen Netzen. Der CAN-Bus arbeitet mit CSMA/CR (Carrier Sense
Multiple Access/Collision Resolution). In der Literatur wird das Verfahren oft als CSMA/CA (Carrier
Sense Multiple Access/Collision Avoidance) bebezeichnet. Die Daten sind NRZ-kodiert. Der Bus
ist entweder mit Kupferleitungen oder über Glasfaser ausgeführt. Der CAN-Bus arbeitet nach dem
Multi-Master-Prinzip, bei dem mehrere gleichberechtigte Busteilnehmer durch ein Bussystem miteinander
verbunden sind.
Im Falle von Kupferleitungen arbeitet der CAN-Bus bei höheren Datenraten mit Differenzsignalen.
Die Differenzsignale werden normalerweise mit zwei oder drei Leitungen ausgeführt: CAN-HIGH,
CAN-LOW und optional CAN-GND (Masse). CAN-LOW und CAN-HIGH haben immer komplementäre
Pegel gegen Masse (Unterdrückung von Gleichtaktstörungen).
Bei langsameren Varianten reicht oft ein Eindrahtsystem mit der Karosserie als Masse. Praktisch wird
es meistens doch als Zweidrahtsystem ausgeführt, verwendet aber beim Lowspeed-CAN im Fehlerfall
eines Aderbruchs den Eindrahtbetrieb als Rückfallebene.
Bei CAN bezeichnet ein sogenannter Objekt-Identifier immer den Inhalt einer Nachricht, nicht ein
bestimmtes Gerät. So könnte in einem Messsystem den Parametern Temperatur“, Drehzahl“ und
” ”
Druck“ jeweils ein eigener Identifier zugewiesen sein. Es lassen sich auch mehrere Parameter unter
”
einem Identifier zusammenfassen, solange die maximale Länge eines Datenfeldes nicht überschritten
wird. Die Empfänger entscheiden anhand des Identifiers, ob die Nachricht für sie relevant ist oder
nicht. Auch dient der Objekt-Identifier der Priorisierung der Nachrichten. Die Spezifikation definiert
zwei verschiedene Identifier-Formate:
11-Bit-Identifier, auch ”
Base frame format“ genannt (CAN 2.0A)
29-Bit-Identifier, auch ”
Extended frame format“ genannt (CAN 2.0B).