控制器局域网CAN(Controller Area Network)是一种多主方式

1、控制器局域网CAN（ControllerAreaNetw）是一种多主方式的串行通信总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN在汽车上的应用，具有很多行业标准或者是国际标准，比如国际标准化组织（ISO）的IS011992、IS011783以及汽车工程协会（SocietyofAutomotiveEngigee的SAEJ1939。CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整车设计中。CAN通信协议规定了4种不同的帧格式，即数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。基于以下几条基本规则进行通信协调：总线访问、仲裁、编码/解码、出错标注和超裁标注。CAN遵从OSI

2、模型。按照OSI基准模型只有三层：物理层、数据链路层和哀告层，但应用层尚需用户自己定义。CAN总线作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。如:CAN在汽车中的发动机控制部件、ABS、抗滑系统等应用中的位速率可高达1Mbps。同时，它可以廉价地用于交通运载工具电器系统中，例如电气窗口、灯光聚束、座椅调节等，以替代所需要的硬件连接。其传输介制裁为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps，挂接设备数最多可达110个。CAN为多主工作方式，通信方式灵活，无需站地址等节点信息，采用非破坏性总线仲裁技术，满

3、足实时要求。另外，CAN采用短帧结构传输信号，传输时间短，具有较强的抗干扰能力。CAN总线与其它通信协议的不同之处主要有两方面：一是报文传送不包含目标地址，它是以全网广播为基础，各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，其特点是可在线上网下网、即插即用和多站接收；另外一个方面就是特别强化了数据安全性，满足控制系统及其它较高数据要求系统的需求。在现代汽车的设计中，CAN总线已经成为构建汽车网络的一种趋势；而汽车网络作为直接与汽车内部各个ECU连接并负责命令的传递、数据的发送及共享，其可靠性和稳定性与整车的性能紧密相关。本文的设计开发是在基于试验条件下搭建的仿真平台，节点之间的通信是通过对等

4、的CAN通信节点进行的。试验表明其运行性能稳定可靠，但实用化仍需要进一步的研究和改进，且程序的通信处理能力、纠错和容错能力有待进一步的提高.比如:把CAN总线融合到嵌入式平台中，在其ARM-EP9315和ARM-S3C2440嵌入式平台上都做到了CAN总线功能的实现!ARM嵌入式控制平台，具有开放、集成度高、尺寸小、可扩展性强、低功耗等特点，非常适合与数字家电、车载设备、通信终端、网络设备等的应用。如今有了CAN总线的实现，使其在此方面的应用更为有效！CAN总线协议学习笔记(2009-09-1712:47:49)1,基本概念：（1），报文：总线上的信息以不同格式的报文发送，但长度有限。当总线开

5、放时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。（2），信息路由：在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息，这里包含一些重要的概念：系统灵活性节点可以在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接于CAN网络。报文通信个报文的内容由其标示符ID命名，ID并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据是否使它们激活。成组由于采用了报文滤波，所有节点均可接受报文，并同时被相同的报文激活。数据相容性在CAN网络中，可以确保报文同时被所有的节点或者没有节点接受，因此，系统的数据相容性是借助于成组和出错处理达到的。（3），位速率：CAN的

6、数据传输率在不同的系统中是不同的，而在一个系统中是固定的速率。（4），优先权：在总线访问期间，标示符定义了一个报文静态的优先权。（5），远程数据请求：通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送相应的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同的标示符ID命名。（6），多主站：当总线开放时，任何单元均可以开始发送报文，发送具有最高优先权报文的单元会赢得总线的访问权。（7），仲裁：当总线开放时，任何单元均可以开始发送报文，若同时有两个或者更多的单元开始发送，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标示符ID解决，这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失，若具有相同标示符的一个数据帧和一个远程帧同时发送

7、，数据帧优先于远程帧，仲裁期间，每个发送器都对发送位电平与总线上检测到的电平进行比较，若相同则该单元可以继续发送，当发送一个隐性电平，而在总线上检测为显性电平时，该单元退出仲裁，并不再传送后继位了。（8），安全性：为了获得尽可能高的数据传输安全性，在每个CAN节点中均设有错误检测，标定和自检的强有力措施。检测措施包括：发送自检，循环冗余校验，位填充，和报文格式检查。（9），出错标注和恢复时间：已损坏的报文由检验出错的节点进行标注。这样的报文将失效，并自动进行重发送。如果不存在新的错误，从检出错误到下一个报文开始发送的恢复实践最多为29个位时间。（10），故障界定:CAN节点又能力识别永久性的故

8、障和暂时扰动，可自动关闭故障节点。（11），连接：CAN串行通信链路是一条众多单元均可被连接的总线，理论上单元数目是无限的，实际上，单元总数受限于延迟时间和总线的电器负载。（12），应答：所有接收器均对接收报文的相容性进行检查，回答一个相容的报文，并标注一个不相容的报文。2，CAN的特点：属于串行通信网络，(1)，通信方式灵活。多主从方式工作，网络上任何节点均可以在任何时刻主动的向其他节点发送信息，不分主从。无需站地址等节点信息。可以构成多机备份系统。，CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。，CAN采取非破坏性的总线仲裁技术，多个节点同时发送信息时，优先级低的节点会主

9、动退出发送。，CAN只需通过报文滤波就可以实现点对点，1点对多点及全局广播等几种方式传送接收，无需调度。,CAN的直接通信距离最远可达10KM(5Kb/s)，通信速率最高可达1Mb/s(40M)。,CAN上的节点数目前可达110个;报文标示符可达2032种(CAN2.0A)，而CAN2.0B报文标示符几乎不受限制。，CAN通信采用短帧格式，传输时间短，抗干扰强，极好的验错效果，每帧最多8B足以满足控制要求，不会占用过长总线时间，实时性强。，CAN每帧都有CRC校验及其他验错措施。，接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层。，CAN的通信介质可为双绞线或同轴电缆，光纤。，CAN节点在错误严重情

10、况下具有自动关闭输出功能。3，CAN总线基本规则：，总线访问:采用载波监听多路访问，CAN控制器之恩能够在总线空闲时，就是节点侦听到网络上至少存在3个空闲位(隐性位)时开始发送，采用硬同步，所有的控制器同步都为与帧的起始的前沿。过了一定时间，并在一定条件后，重同步。，仲裁：各节点向总线发电平时，也对总线上电平进行读取，并于自身发送的电平进行比较，相同则发下一位，直至全部发完。不同则说明网络上有更高优先级的信息帧正在发送，即停止发送，退出竞争。，编码/解码：帧起始域，仲裁域，控制域，数据域和CRC序列均使用位填充技术进行编码，就是5个连续的同状态电平插入一位与它相补的电平，还原时每5个同状态的电

11、平后的相补电平被删除。，出错标注：当检测到位错误，填充错误，形式错误或应答错误时，检测出错条件的CAN控制器将发送一个出错标志。（5），超载标注，一些控制器会发送一个或多个超载帧以延迟下一个数据帧或远程帧的发送编码器的CAN总线接及其在光电跟踪系统中的应用1引言广告插播信息维库最新热卖芯片：MCCS3201FNLT1217CS8MC332043627AMTDA4916GGAT89C4051-24SIMAX241EEAI74ABT373ADADSP-2185NKST-320PBL3771绝对式光电轴角编码器是一种数字测角装置，实时测量转轴所处的角位置及角速度，它把轴角信息转换成度、分、秒形式的数

12、字代码，与控制系统中的总线连接可实现实时测量。它具有工作可靠性高，抗干扰能力强，精度高，断电记忆等优点。在靶场设备、数字经纬仪、雷达及一些大型军用设备等数字化测量跟踪和定位系统中得到广泛应用。在这些实际应用的控制系统中由于各分系统传感器和探测器输出的数据结构不同，绝对式光电轴角编码器会用到不同的内部数据通信方式，主要有RS232、RS485/488串口，并等。但在具体工程应用项目中,上述通信方式常会受到传输距离、通信速率等方面限制。近几年来串行通信快速发展，出现了多种控制系统现场总线形式，CAN总线就是其中应用最为广泛的一种，它是控制器局域网总线的简称，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行

13、通信网络。由于CAN总线的高性能、高可靠性及独特的设计，已成为目前国内外普及和实时性最高的现场总线。控制系统中内部通信方式的发展变化，使得用作测量角位移和角速度的编码器要提供CAN总线接以满足整个控制系统的现场总线设计要求。2编码器工作原理和数据传输工作原理编码器由数据采集装置和数据处理装置两部分组成。结构原理框图如1所示。单片机是编码器电路系统的核心部分，它将编码器的信号（粗码、中精码、精码）采集到后，经精码细分、码道校正、数字量相加、电调零、度分秒转换等软件处理，最后显示及实现与控制系统接口。数据传输编码器与控制系统的数据传输可以采用并行和串行两种方式。并行传输通过并口传递数据，每位数据需

14、要数据电缆一芯，例如对于24位分辨率的编码器就需要一根24芯的电缆，因此使用空间受到限制，仅适用于短距离传输和特殊要求的场合。串行传输，数据信息通过一根双绞线实现串行传送，根据不同通信协议再加些附加位实现纠错等功能，这一功能可扩大应用于数据总线系统中。串行传输用线少，硬件少，成本低，传输距离远，数据安全可靠。2.3提出编码器CAN总线接口在对各种现场总线的综合比较中，基于CAN总线构建的通信系统具有很多优异的特性：数据信号采用差分电压传输；总线传输介质可用双绞线、同轴电缆和光纤；可以多主方式工作，通信方式灵活；可以点对点、点对多点及全局广播方式传送接收数据；网络上的节点信息可分成不同的优先级，

15、满足不同的实时要求；采用非破坏性总线仲裁技术；数据采用短帧结构，每一帧为8Byte，数据出错率低；通信协议中数据链路层的MAC子层具有严格的错误检测能力；具有国际标准，开放性好。因此，在对光电跟踪系统内部通信方式改造中采用CAN总线作为数据通信总线结构，进而提出编码器CAN总线接口。3编码器CAN总线接在光电跟踪系统中的应用3.1编码器用于光电跟踪系统位置检测绝对式光电轴角编码器是光电跟踪系统中光电跟瞄架测量方位角和俯仰角角度传感器，将光电跟踪系统内部总线结构改造为CAN总线通信方式，编码器的CAN总线接发挥其接灵活，节省线路的特点，同时它本身带有微处理器，可以作为系统中的一个智能节点，直接向

16、其他设备发送远程帧，实现智能控制。图2为基于CAN总线的光电跟踪系统通信结构图。光电跟踪系统使用CAN总线单一串行总线结构代替多种通信方式的并行结构，两个光电编码器测得的方位角和俯仰角经总线发送到主控制机，主控制机将数据进行相应处理后，通过总线控制伺服控制系统，所有的分系统都可以通过一对双绞线连接在一起，简化了系统布线，提高整个系统总线利用率、数据传输实时性和系统扩充性，同时误码率大大降低。3.2编码器节点CAN总线接硬件组成CAN总线接主要有单片机、CAN总线控制器、CAN总线驱动器及光电隔离等硬件组成。CAN总线通信接具体电路如图3所示。0.ii5：ITj=-芒I邺I蕊T|jcT曲xi.-

17、.Jbk他Tl丄W5J灿（Ui；：FVEC单片机选择Intel80C196KC,它是16位嵌入式微控制器，更适合复杂的实时控制场合，它同时负责对编码器的数据处理和对CAN总线节点的初始化。CAN控制器选择Philips半导体公司的SJA1000,实现总线与主控机（控制计算机）之间数据通信的接口，支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，有扩展64字节接收缓冲器，支持先进先出（FIFO）原则，支持11位和29位标识码，通信位速率可达1Mbps，可以工作在BasicCAN模式和PeliCAN模式。CAN总线驱动器选择Philips的TJA1050，它是高速CAN总线驱动器，提供CAN控制器和物理总线

18、之间的接，实现对CAN总线的差动发送和接收功能，具有强电磁干扰下，宽共模范围的差动接收能力，输入电平与3.3V器件兼容，未上电节点不会干扰总线。加入J1050能够保证数据的高速通信。为了安全性和提高抗干扰能力，利用J1050对称性能好的特点，使用分离终端。CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射能力。为了进一步提高系统的抗干扰能力，在CAN控制器SJA1000和CAN驱动器TJA1050之间使用了高速光耦6N137构成隔离电路，实现电流隔离接法，6N137两侧电源VCC和VDD完全隔离，这样可以防止线路间的串扰，同时在总线两端要接2个120Q的总线阻抗匹配电阻。节点软件设计绝对式光电轴角编码器的角度信息（度、分、秒）从CAN控制器发送到CAN总线或从CAN总线到CAN接收缓冲器都是由J1B00总线控制器自动完成的。它的CAN总线接通信程序由初始化子程序、发送子程序和接收子程序构成。首先根据实际系统需要选择CAN总线工作模式，这里选择PeliCAN模式，12MHz晶振，总线数据传输速率设为500Kbits/s