电动汽车用CAN通信网络协议设计及实现

1、电动汽车用CAN通信网络协议设计及实现,主要内容,CAN产生背景及基本概述 CAN总线系统构成 硬件设计 软件设计 预算,1.1 CAN产生背景,为了解决由汽车内部大量传感器、执行器等电子器件的应用所导致的线束问题，及各个电子器件之间数据交换问题。德国Bosch公司于20世纪80年代提出了CAN总线CAN总线,1.2 CAN特点,具有通信速率高、可靠性好、抗干扰能力强、性价比较高等优点，目前不仅应用于汽车电子，还广泛应用于航空、轮船、工业控制、医疗器械以及建筑、自动化设备等诸多领域,1.3 CAN分层结构,CAN主要分为数据链路层和物理层。我们主要完成的协议是数据链路层的协议,1.4 CAN报

2、文的帧结构,仲裁场：标准帧的仲裁场由11位标识符(Identifier) RTR位(远程发送请求位)与组成。仲裁场最主要的作用通过标识符确定报文的优先权，为报文发送提供仲裁。 数据场(Date Field)：数据场由数据帧里需要发送的数据组成，数据长度可以为08个字节,1.5 CAN优点,网络各节点间的数据通信实时性强 缩短了开发周期,已形成国际标准 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 通信速率高、容易实现、且性价比高 数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性 非破坏性总线优先级仲裁 报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功 能信息、优先级信息,2.1 CAN总线节点构成,关键

3、部分：CAN网络控制器和CAN总线收发器，他们实现CAN总线的物理层和数据链路层的协议,2.2 CAN总线拓扑构成,我们采用总线拓扑的结构，其网络实现比较容易，成本也比较低,3.1课题所需硬件,本着器件通用和常用的原则，这里选用SJA1000与AT89C51芯片设计一种具有通用性的系统。AT89C51具有64KB的寻址空间，本身不带CAN控制器,所以要实现与CAN总线之间的通信需外加CAN控制器和CAN驱动器。在本设计中采用SJAl000型CAN总线通信控制器和PCA82C251型总线驱动器。为了增强节点抗干扰能力， CAN控制器和CAN驱动器之间连接高速光耦器TLP113。为了实现AT89C

4、51与PC机串行通信，用转换芯片MAX232用于TTL电平与RS232电平的相互转换，可以将接收的数据显示在PC上。 SJAl000的ADO-AD7连接到AT89C51的P0口，CS连接到AT89C51的P2.7。P2.7为0时，CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJAl000执行相应的读/写操作。SJAl000的RD、WR、ALE分别与AT89C51的相应引脚相连，SJAl000的INT接AT89C51的INTl，AT89C51也可通过中断方式访问SJA1000,3.2 SJA1000介绍,SJA1000是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控

5、制（CAN）。它是PHILIPS半导体PCA82C200CAN控制器的替代产品。内部结构图如下图所示,3.3 PCA82C251介绍,PCA82C251收发器，优点很多，例如：具有热保护，斜率控制、减少RFI ，待机模式电流低 ，对电磁干扰有高的抗干扰性，速度可达1M等，内部电路原理图如下,3.4 TLP113光电耦合介绍,TLP113绝缘式线性光耦合器是高速光电耦合器，输入极性是直流电源、输出电流25mA、隔离电压2500Vrms、集电极开路，可有效增强CAN总线抗干扰能力。实物图如下图所示,3.5 节点电路原理图,4.1 网络通信规则及实现,CAN总线为多主工作方式,网络上任一节点均可在任

6、意时刻主动向网络上其他节点发送信息而不分主从，通信方式灵活。为禁止总线冲突，CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术，根据需要将各个节点设定为不同的优先级，并以标识符ID标定，其值越小，优先级越高。总线的节点之间可以进行实时相互通信，当1个节点需要接收另1个节点的数据时，只需把其代码寄存器的内容设置成和另1节点的标识符一致即可。如果对于标识符和其代码寄存器的内容设置不一致，则节点所发的数据不予理会。 系统软件的设计思想是系统上电后首先对AT89C51和SJAl000进行初始化，以确定工作主频、波特率、输出特性等。其中任一智能节点可以利用查询方式通过SJAl000从CAN总线上获取所需的数据并把该数据

7、传送到PC上显示，同时可以向总线上发送数据以供其他智能节点接收显示,4.2 初始化程序流程图,节点的初始化主要是指系统上电后对微处理器和CAN控制器进行的初始化，以确定工作主频、波特率和输出特性等，这里只介绍下对SJA1000的初始化。首先要将工作方式置为复位模式，之后要设置验收滤波方式、验收屏蔽寄存器、验收代码寄存器、波特率参数和中断允许寄存器等。需要指出，对于同一个系统，定时寄存器的内容必须相同，也就是同步跳转宽度和通信波特率的大小，否则无法通信。具体的程序流程图,4.3 发送程序流程图,发送程序负责节点的报文发送。只需将待发送的数据按特定格式组成一帧报文，送入SJA1000发送缓存区中，并将SJA1000的命令寄存器发送请求标志位置位。具体的程序流程图,4.4 接收程序流程图,报文接收是由SJA1000控制器独立完成的，其接收的报文经验收滤波后，暂存在接收缓存器中。报文接收采用中断接收方式或查询接收方式，本文采用中断接收方式，具体的程序流程图,5 硬件预算,结束语,经过学习和研究，电动汽车用CAN总线通信网络设计中