教学第3章CAN总线(气电04)课件

3.2CAN技术规范的基本内容3.2.1物理层3.2.2数据链路层3.2CAN技术规范的基本内容3.2.1物理层313.2.1物理层一、物理层的特点1.物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路的电气特性、数据传输的编码与解码、定时以及同步的实施标准。

3.2.1物理层一、物理层的特点2第3章CAN总线(气电04)课件3CAN物理层的各种定义：BoschCAN对物理层没有具体定义；ISO11898定义的高速CAN；ISO11519-2定义的低速CAN；SAEJ2284定义的高速CAN；CAN物理层的各种定义：4二、位定时及其同步CAN节点本来都在独自运行，而通讯之类的操作却要求在它们之间建立协作关系。为了达到并维持这种协作关系，有关节点中的协议控制芯片必须在位定时逻辑的管理下，进行正确的同步处理。二、位定时及其同步CAN节点本来都在独自运行，而通讯51.位定时传输速度（波特率）：单位时间内所发送的二进制位数

位时间长度：发送一位二进制数所需要时间

位时间长度被分为四段，各段的前后顺序如下：

1.位定时传输速度（波特率）：单位时间内所发送的二进制位数6图3-6CAN的位定时与同步规则图3-6CAN的位定时与同步规则7S：跳边沿，用于同步总线上的各个节点P：补偿信号在传播过程中难以避免的延迟时间（延时和的2倍）P1、P2：均可伸缩，它们用于对位定时逻辑进行调整，以适应总线信号的实际位时间相对于额定值的变化。采样点：接收器中读取总线状态的时刻，位于P1和P2之间，因为总线信号发展到这里，其物理属性一般已经比较稳定，此刻的总线状态应该可以充分体现出实际的位值S：跳边沿，用于同步总线上的各个节点8位定时的计算时间基准单元（TimeQuantum，TQ，），是由振荡器周期产生的固定时间长度，可以通过编程设定为不同的振荡器周期倍数。位时间中，各时间段长度都以TQ为单位计算：1）SYNC-SEG是1个TQ。2）PROP-SEG是l～8个TQ。3）PHASE-SEG1可编程设为l～8个TQ。4）PHASE-SEG2取PHASE-SEG1和IPT两者中的最大值。信息处理时间IPT一般小于等于2个TQ。标称位时间长度NBT必须通过编程设定为8～25个TQ范围内的值。位定时的计算时间基准单元（TimeQuantum，TQ，）92.同步1）硬同步：具有强制性，就是说无论接收器原先处于何种状态，现在它都必须以导致硬同步的那个下降沿为起点，重新开始位定时。在t1时刻，总线状态由原来的空闲变为显性。由于总线空闲之后的第一个显性位必为CAN帧的SOF，所以接收器知道有节点在送出消息，便执行一次“硬同步”（HardSynchronization）。

2.同步1）硬同步：10同步沿在同步段。硬同步之后，接收器的位定时逻辑开始以额定位时间按部就班地监测总线。同步沿在同步段。112）再同步（软同步）：为了补偿传输中造成的同步差异，对同步信号进行调整。t2时刻，第三位数的起始下降沿落在了tB2的P2中，显然tB3的同步段将“名不副实”，于是接收器的位定时逻辑需要进行一次“再同步”3）再同步跳变宽度（RJW）：对同步点进行一次调整的时间（TQ数）。2）再同步（软同步）：12采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化13再同步跟据跳变沿位置错误状态进行调整。跳变沿的位置错误E定义为跳变沿与SYNC-SEG的相对位置长度的TQ数。其符号S定义如下：1）如果跳变沿在SYNC-SEG中，则S=0。2）如果跳变沿在SYNC-SEG之前，则S<0。3）如果跳变沿在SYNC-SEG之后，则S>0。再同步跟据跳变沿位置错误状态进行调整。14当E小于等于再同步跳变宽度的编程值时，不采取再同步调整；如果E大于再同步跳变宽度时，则：l）如果S＞0，PHASE-SEG1加长RJW。2）如果S＜0，PHASE-SEG2减小RJW。当E小于等于再同步跳变宽度的编程值时，不采取再同步调整；如果15采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化163.位填充（编码/解码）当采用非归零（NRZ）编码连续发送相同位时，就无法得到这样的同步信息；CAN采用位填充规则弥补这个缺点，为接收端的再同步提供条件。一个帧中，起始域、仲裁域、控制域、数据域和CRC域的二进制位流通过位填充方式编码，每当发送端检测到连续的5个相同位时，自动插入一个补位。在CAN中，两个跳变间的最大时间为29个TQ。3.位填充（编码/解码）当采用非归零（NRZ）编码连续发送17第3章CAN总线(气电04)课件18三、CAN总线收发器CAN的物理层接口芯片。在CMOS电平与差分电压之间实现信号形式的转换。发送／接收器在两条线的CAN网络上发送信号时，一条线称为CAN-HIGH，另一条称为CAN-LOW，两条线上是差动信号，具体电平和特性取决于适用的标准或设计规范。三、CAN总线收发器CAN的物理层接口芯片。191.ISO11898定义的高速CAN1.ISO11898定义的高速CAN20第3章CAN总线(气电04)课件212.ISO11519-2定义的低速CAN图3-42.ISO11519-2定义的低速CAN图3-422图3-5低速容错CAN的物理信号图3-5低速容错CAN的物理信号233.ISO11898和ISO11519-2物理层的主要区别物理层

ISO11898ISO11519-2通信速度

1Mbit/s125Kbit/s最大总线长度

40m1km最多连接节点数3020总线电平（V）显性电平

隐性电平

显性电平隐性电平

CAN-H4.53.52.752.02.533.85451.61.751.90CAN-L2.251.50.52.02.53011.153.103.253.40总线特性

双绞线（总线阻抗120Ω）闭环总线终端电阻：120Ω(min:85Ω,max:130Ω)总线滞后时间：5ns/m

双绞线开环总线终端电阻：2.2kΩ(min:2.09kΩ,max:2.31kΩ)总线滞后时间：5ns/mCAN-H与GND间的静态电容：30pF/mCAN-L与GND间的静态电容：30pF/m3.ISO11898和ISO11519-2物理层的主要区别24第3章CAN总线(气电04)课件25第3章CAN总线(气电04)课件26第3章CAN总线(气电04)课件27CAN总线收发器CAN总线收发器28CAN收发器分成两种：高速CAN飞利浦的PCA82C250低速CAN摩托罗拉的MC33388CAN收发器分成两种：29思考题1.总线空闲时电平状态如何？2.总线定时和同步如何实现？思考题1.总线空闲时电平状态如何？303.2CAN技术规范的基本内容3.2.1物理层3.2.2数据链路层3.2CAN技术规范的基本内容3.2.1物理层3313.2.1物理层一、物理层的特点1.物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路的电气特性、数据传输的编码与解码、定时以及同步的实施标准。

3.2.1物理层一、物理层的特点32第3章CAN总线(气电04)课件33CAN物理层的各种定义：BoschCAN对物理层没有具体定义；ISO11898定义的高速CAN；ISO11519-2定义的低速CAN；SAEJ2284定义的高速CAN；CAN物理层的各种定义：34二、位定时及其同步CAN节点本来都在独自运行，而通讯之类的操作却要求在它们之间建立协作关系。为了达到并维持这种协作关系，有关节点中的协议控制芯片必须在位定时逻辑的管理下，进行正确的同步处理。二、位定时及其同步CAN节点本来都在独自运行，而通讯351.位定时传输速度（波特率）：单位时间内所发送的二进制位数

位时间长度：发送一位二进制数所需要时间

位时间长度被分为四段，各段的前后顺序如下：

1.位定时传输速度（波特率）：单位时间内所发送的二进制位数36图3-6CAN的位定时与同步规则图3-6CAN的位定时与同步规则37S：跳边沿，用于同步总线上的各个节点P：补偿信号在传播过程中难以避免的延迟时间（延时和的2倍）P1、P2：均可伸缩，它们用于对位定时逻辑进行调整，以适应总线信号的实际位时间相对于额定值的变化。采样点：接收器中读取总线状态的时刻，位于P1和P2之间，因为总线信号发展到这里，其物理属性一般已经比较稳定，此刻的总线状态应该可以充分体现出实际的位值S：跳边沿，用于同步总线上的各个节点38位定时的计算时间基准单元（TimeQuantum，TQ，），是由振荡器周期产生的固定时间长度，可以通过编程设定为不同的振荡器周期倍数。位时间中，各时间段长度都以TQ为单位计算：1）SYNC-SEG是1个TQ。2）PROP-SEG是l～8个TQ。3）PHASE-SEG1可编程设为l～8个TQ。4）PHASE-SEG2取PHASE-SEG1和IPT两者中的最大值。信息处理时间IPT一般小于等于2个TQ。标称位时间长度NBT必须通过编程设定为8～25个TQ范围内的值。位定时的计算时间基准单元（TimeQuantum，TQ，）392.同步1）硬同步：具有强制性，就是说无论接收器原先处于何种状态，现在它都必须以导致硬同步的那个下降沿为起点，重新开始位定时。在t1时刻，总线状态由原来的空闲变为显性。由于总线空闲之后的第一个显性位必为CAN帧的SOF，所以接收器知道有节点在送出消息，便执行一次“硬同步”（HardSynchronization）。

2.同步1）硬同步：40同步沿在同步段。硬同步之后，接收器的位定时逻辑开始以额定位时间按部就班地监测总线。同步沿在同步段。412）再同步（软同步）：为了补偿传输中造成的同步差异，对同步信号进行调整。t2时刻，第三位数的起始下降沿落在了tB2的P2中，显然tB3的同步段将“名不副实”，于是接收器的位定时逻辑需要进行一次“再同步”3）再同步跳变宽度（RJW）：对同步点进行一次调整的时间（TQ数）。2）再同步（软同步）：42采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化43再同步跟据跳变沿位置错误状态进行调整。跳变沿的位置错误E定义为跳变沿与SYNC-SEG的相对位置长度的TQ数。其符号S定义如下：1）如果跳变沿在SYNC-SEG中，则S=0。2）如果跳变沿在SYNC-SEG之前，则S<0。3）如果跳变沿在SYNC-SEG之后，则S>0。再同步跟据跳变沿位置错误状态进行调整。44当E小于等于再同步跳变宽度的编程值时，不采取再同步调整；如果E大于再同步跳变宽度时，则：l）如果S＞0，PHASE-SEG1加长RJW。2）如果S＜0，PHASE-SEG2减小RJW。当E小于等于再同步跳变宽度的编程值时，不采取再同步调整；如果45采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化463.位填充（编码/解码）当采用非归零（NRZ）编码连续发送相同位时，就无法得到这样的同步信息；CAN采用位填充规则弥补这个缺点，为接收端的再同步提供条件。一个帧中，起始域、仲裁域、控制域、数据域和CRC域的二进制位流通过位填充方式编码，每当发送端检测到连续的5个相同位时，自动插入一个补位。在CAN中，两个跳变间的最大时间为29个TQ。3.位填充（编码/解码）当采用非归零（NRZ）编码连续发送47第3章CAN总线(气电04)课件48三、CAN总线收发器CAN的物理层接口芯片。在CMOS电平与差分电压之间实现信号形式的转换。发送／接收器在两条线的CAN网络上发送信号时，一条线称为CAN-HIGH，另一条称为CAN-LOW，两条线上是差动信号，具体电平和特性取决于适用的标准或设计规范。三、CAN总线收发器CAN的物理层接口芯片。491.ISO11898定义的高速CAN1.ISO11898定义的高速CAN50第3章CAN总线(气电04)课件512.ISO11519-2定义的低速CAN图3-42.ISO11519-2定义的低速CAN图3-452图3-5低速容错CAN的物理信号图3-5低速容错CAN的物理信号533.ISO11898和ISO11519-2物理层的主要区别物理层

ISO11898ISO11519-2通信速度

1Mbit/s125Kbit/s最大总线长度

40m1km最多连接节点数3020