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CANopen协议作为CAN总线的一种应用层协议,利用CAN总线实时性、可靠性的优势,实现了标准化和通用性,在各种分布式工业自动化控制系统中得到广泛地认可和大量的应用。因此研发基于CANopen协议的现场总线通信设备,能够促进国内业界对CANopen技术的关注,对于推动工控自动化领域自主知识产权产品的研究和发展,有着积极的意义。本文首先介绍CAN总线及其高层协议的发展历程,并按照CAN协议的分层结构详细分析CAN总线协议和CANopen内核的关键内容,深入研究了CANopen协议中各种通信对象的功能及其实现方法。CANopen节点的硬件设计以处理器MC9S12XF512为核心,并利用芯片内置的MSCAN控制器连接双通道光耦合器HCPL-2630和高速CAN收发器TJA1040构成CAN总线通信接口电路。同时利用芯片的外设资源,设计外扩了RS232通信电路、LCD液晶显示电路、BDM下载接口等功能电路,共同构成了CANopen节点硬件架构。软件设计方面,在μC/OS-Ⅱ系统中嵌入CANopen内核功能,从而在处理复杂的多任务时,可以利用嵌入式系统的任务调度及管理功能,使得整个系统在运行时稳定可靠。整个系统的代码遵循模块化的设计原则,采用分层结构实现CANopen协议的功能,包括硬件驱动层、μC/OS-Ⅱ操作系统层和CANopen通信协议以及设备行规应用层。最后利用所设计的CANopen网络节点进行了通信实验,测试表明开发的CANopen节点符合CANopen DS301协议规范,实现了节点的初始化、从站状态机、PDO和SDO传输、Heartbeat网络监控等功能,充分验证了本设计方案的可行性和正确性。