第8章 控制器局域网

1、第8章 控制器局域网1CAN通信技术(jsh)概述2CAN在汽车中的应用(yngyng)情况3CAN总线数据交换基本原理4CAN协议规范5典型CAN总线器件及其应用6CAN控制器与MCS-51系列单片机的接口设计共四十页第8章 控制器局域网8.1 CAN通信技术概述 CAN全称Controller Area Network，即控制器局域网，是由国际标准化组织(ISO)定义的一种串行通信总线。主要用来(yn li)实现车载网络各电控单元之间的信息交换，形成车载网络系统。CAN总线由于其高性能、高可靠性，设计独特等特点，应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向工程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、

2、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。 返回(fnhu)共四十页第8章 控制器局域网8.2 CAN在汽车中的应用(yngyng)情况图 8-1 车载(ch zi)网络示意图 返回共四十页第8章 控制器局域网8.3 CAN总线数据交换基本原理 8.3.1 CAN总线数据系统的分类 CAN-BUS目前的ISO标准有两种，分别是IS011898与IS011519-2。IS011898通信(tng xn)速率为125 Kb/s1 Mb/s是CAN高速通信(tng xn)标准, IS011519-2是通信(tng xn)速率最高可达125 Kb/s的CAN低速通信(tng xn)标准。 高速CA

3、N-BUS主要应用在一些要求高实时性的系统中，如驱动系统、电子制动系统等。低速CAN-BUS主要应用在一些对实时性要求不高的系统中，如舒适系统、灯光系统等。共四十页第8章 控制器局域网8.3.2 CAN数据总线组成(z chn)结构图 8-2 CAN数据总线组成(z chn)结构共四十页第8章 控制器局域网1. CAN控制器图 8-3 CAN控制器结构(jigu)共四十页第8章 控制器局域网2. CAN收发器图 8-4 CAN收发器共四十页第8章 控制器局域网3. 数据传递终端 数据传递终端实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波使数据遭到破坏。在高速CAN-BUS中，只有

4、两个(lin )数据传递终端，它装在CAN高位(CAN-high)和低位(CAN-low)数据线之间，总电阻为5070欧姆，高速CAN-BUS数据传递终端见图8-5。图 8-5 数据(shj)传递终端共四十页第8章 控制器局域网4. CAN数据总线图 8-6 CAN数据总线共四十页第8章 控制器局域网8.3.3 CAN总线数据传递(chund)过程 1.发送过程图 8-7 发送(f sn)过程示意图共四十页第8章 控制器局域网图 8-8 接收(jishu)过程示意图共四十页第8章 控制器局域网帧 为了可靠地传输数据，通常将原始数据分割成一定长度的数据单元，这就是数据传输的单元，称其为帧。一帧内

5、应包括同步信号(例如帧的开始(kish)与终止)、错误控制(各类检错码或纠错码.大多数采用检错重发的控制方式)、流量控制(协调发送方与接收方的速率)、控制信息、数据信息、寻址(在信道共享的情况下，保证每一帧都能正确地到达目的站，接收方也能知道信息来自何站)等。多路传输 是指在同一通道或线路上同时传输多条信息。模块节点 是一种电子装置。简单的如温度和压力传感器，复杂的如微机(微处理器)。微机多路传输系统中的一些简单的模块被称为节点。 返回(fnhu)共四十页第8章 控制器局域网8.4 CAN协议规范8.4.1基本术语汽车局域网络 是一个有限区域内连接的微机网络，简称局域网。一般这个区域具有特定的

6、职能，通过这个网络实现(shxin)这个系统内的资源共享和信息通信。连接到网络上的节点可以是微机、基于该微处理器的应用系统或智能装置。现场总线 是一种串行数字通信链路，用于现场设备或现场仪表互联的通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。数据总线(CAN-BUS) 是模块间传递数据的通道。数据总线可以实现一条数据线上传递的信号能被多个系统(控制单元)共享，最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。共四十页第8章 控制器局域网网关 是一种特殊功能的微机，能使网络中信息共享和不产生协议间的冲突，实现无差错数据传输。中继器 中继器是用于实现物理层干线段之间的连接(linji)。通过信号的放大和

7、整形延长网络来实现物理层的连接(linji)。网桥 网桥在数据链路层上实现不同网络的互联,两个网络数据链路层的协议、传输介质、传输速率都可不同。网桥是一种存储转发设备，从一个局域网接收到一个信息帧后,对信息帧头进行检验修改，然后转发到另一个局域网或者丢弃该帧。网桥一般可以实现相同类型局域网和不同类型局域网的连接，可以分隔两个网络之间的通信量，有利于改善网络的性能与安全性。共四十页第8章 控制器局域网路由器 路由器在网络层上实现多个网络之间的互联，从本特征是: (1) 由器为两个或两个以上网络之间的数据传输提供最佳路径选择。 (2) 路由器与网桥的主要区别是：网桥独立于高层协议，向用户提供一个大

8、的逻辑网络；路由器则是从路径选择角度为不同独立的子网用户之间的数据传输提供传愉的路线，并且比网桥有更大的流量控制能力和更强的异种网互联能力。 (3) 路由器要求节点(ji din)网络层以上的各层使用相同或兼容的协议。 通信协议 是指通信双方控制信息交换规则的标准约定的集合，即指数据在总线上的传输规则。在汽车上要实现车内各ECU之间的通信必须制定规则，即通信的方法、通信时间、通信内容，保证通信双方能相互配合，使通信双方能共间遵守、可接受的一组规定和规则。就好像现实生活中的交通规则一样，包括“交通标志”的制定方法。共四十页第8章 控制器局域网8.4.2 报文传输1帧类型 帧按照携带的信息类型可分

9、为4种帧格式。 (1)数据帧 数据帧携带数据，将数据从发送器传输到接收器。 (2)远程帧 由总线单元发送，用于请求发送具有(jyu)相同识别符的数据帧称为远程帧。 (3)过载帧 过载帧用于在先行和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一个附加的延时。 (4)错误帧 任何节点检测到总线错误，就发出错误帧。共四十页第8章 控制器局域网2. 帧格式(g shi)(1) 数据帧图 8-9 数据(shj)帧格式共四十页第8章 控制器局域网(2) 远程(yunchng)帧图 8-10 远程(yunchng)帧结构共四十页第8章 控制器局域网(3) 错误(cuw)帧图 8-15 错误(cuw)帧结构共四十页第8章

10、 控制器局域网(4) 过载(guzi)帧图 8-16 过载(guzi)帧结构共四十页第8章 控制器局域网8.4.3 帧优先级的仲裁(zhngci)图 8-19 仲裁(zhngci)过程图共四十页第8章 控制器局域网图 8-20 数据帧和远程(yunchng)帧的仲裁过程共四十页第8章 控制器局域网图 8-21 标准格式(g shi)和扩展格式(g shi)的仲裁过程共四十页第8章 控制器局域网发送单元的工作 在发送数据帧和远程帧时，SOFCRC 段间的数据，相同电平如果持续5位，在下一个位（第6个位）则要插入1位与前5位反型的电平。接收(jishu)单元的工作 在接收数据帧和远程帧时，SOFC

11、RC 段间的数据，相同电平如果持续5位，需要删除下一个位（第6个位）再接收。如果这个第6个位的电平与前5位相同，将被视为错误并发送错误帧。位填充(tinchng)示意图共四十页第8章 控制器局域网8.4.5 报文滤波 报文滤波取决于整个标识符。允许在报文滤波中将任何的标识符位设置为“不考虑”的可选屏蔽寄存器。可以选择多组的标识符，使之被映射到隶属的接收缓冲器里。 如果使用屏蔽寄存器，它的每一位必须是可编程的，即它们能够被允许或者禁止报文滤波。屏蔽寄存器的长度可以包含(bohn)整个标识符，也可以包含(bohn)部分标识符。 8.4.6 报文校验 校验报文是否有效的时间点 , 发送器与接收器各不

12、相同 。共四十页第8章 控制器局域网8.4.7 编码 位流编码 帧的部分，诸如帧起始、仲裁场、控制场、数据场以及 CRC 序列，均通过位填充的方法编码。无论何时，发送器只要(zhyo)检测到位流里有5个连续相同值的位，便自动在位流里插入一补充位。 数据帧或远程帧（ CRC 界定符、应答场和帧结尾）的剩余位场形式固定，不填充。错误帧和过载帧的形式也固定，但并不通过位填充的方法进行编码。 报文里的位流根据“不返回到零”（ NRZ ）之方法来编码。这就是说，在整个位时间里，位的电平要么为“显性”，要么为“隐性”。共四十页第8章 控制器局域网8.4.8 错误处理1、错误类型 (1)位错误 (2)填充错

13、误 (3)CRC 错误 (4)形式错误 (5)应答错误2、节点错误处理 如果一个节点检测到总线上的信号(xnho)满足错误条件，则会输出错误标志来指示总线错误。 处于“主动错误状态”的节点输出的错误标志为主动错误标志；处于“被动错误状态”的节点输出的错误标志为被动错误标志。发送单元发送完错误帧后，将再次发送数据帧或远程帧。共四十页第8章 控制器局域网8.4.9 故障界定 造成 CAN 节点出错的原因可能是总线上暂时的扰动，也可能是节点不可恢复的故障，CAN 规范定义了详细的状态转换规则用于故障界定。一个 CAN 节点发现出错后可能处于以下三种状态中的一种：主动错误状态；被动错误状态；总线关闭状

14、态。8.4.10 位定时要求(yoqi) 1. 标称位速率标 2.标称位时间 3.信息处理时间 4.时间份额 5.时间段的长度共四十页第8章 控制器局域网6.硬同步7.重新同步跳转宽度(kund)8.一个沿的相位误差9.重新同步10.同步的原则 返回(fnhu)共四十页第8章 控制器局域网8.5典型CAN总线器件(qjin)及其应用图 8-25 SJA1000内部(nib)结构图共四十页第8章 控制器局域网图 8-26 SJA1000引脚图共四十页第8章 控制器局域网 SJAl000主要由以下几部分构成(guchng)： (1)接口管理逻辑 (2)发送缓冲器 (3)接收缓存器 (4)接收过滤器

15、 (5)位流处理器 (6)位时序逻辑 (7)错误管理逻辑共四十页第8章 控制器局域网SJA1000的控制寄存器 SJA1000有两种工作模式(msh)：一种是BasicCAN，支持CAN 2.0A协议；另一种是PeliCAN，支持CAN 2.0B协议。 返回(fnhu)共四十页第8章 控制器局域网8.6CAN控制器与MCS-51系列(xli)单片机的接口设计图 8-38 接口电路(dinl)总体框图共四十页第8章 控制器局域网图 8-39 单片机最小系统(xtng)电路共四十页第8章 控制器局域网图8-40 SJA1000 控制电路共四十页第8章 控制器局域网图8-42 PCA82C250/251 收发器的应用(yngyng)电路共四十页第8章 控制器局域网图 8-43 82C250收发(shuf)电路共四十页第8章 控制器局域网图 8-44 基于MCS-51单片机的CAN总线接口(ji ku)电路 返回(fnhu)共四十页内容摘要第8章 控制器局域网。CAN-BUS目前的ISO标准有两种，分别是IS011898与IS011519-2。数据传递终端实际是一个电阻器