总线技术及应用

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1、 总线技术及应用总线技术及应用 技术培训室 2014 7 目录目录 2 K线 4 LIN线 3 车载CAN总线 2 CAN总线概述 1 目录目录 3 K线 4 LIN线 3 车载CAN总线 2 CAN总线概述 1 一 一 CANCAN总线概述总线概述 1 1 什么什么是是CANCAN总线总线 CAN Controller Area Network 总线即控制器局域网络 是一种串行数 据通信协议 其通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能 可完 成对通信数据的成帧处理 包括位填充 数据块编码 循环冗余检验 优先级判 别等项工作 传递信息具有高性能 高可靠性 19931993年年CAN

2、CAN 成为国际标准成为国际标准ISOISO1189811898 高速应用高速应用 和和ISOISO1151911519 低速应用低速应用 目前目前 应用的应用的CANCAN器件大多符合器件大多符合CANCAN2 2 0 0规范规范 一 一 CANCAN总线概述总线概述 2 2 CANCAN总线的特点总线的特点 1 可以多主方式工作 网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的 其他节点发送信息 而不分主从 通信方式灵活 2 网络上的节点 信息 分成不同的优先级 以满足不同的实时要求 当两个节 点同时向网络上传送信息时 优先级高的节点优先传输数据 3 点对点 一点对多点及全局广播的方式接

3、收数据 节点数达110个 4 直接通信距离最远可达10km 速率5Kbps以下 5 通信速率最高可达1MB s 此时距离最长40m 6 采用短帧结构 每一帧的有效字节数为8个 每帧信息都有CRC校验及其他检错 措施 数据出错率极低 7 通信介质可采用双绞线 成本低 8 节点在错误严重的情况下 具有自动关闭总线的功能 切断它与总线的联系 以使总线上的其他操作不受影响 一 一 CANCAN总线概述总线概述 CAN总线系统上并联有多个元件 这就要求整个系统的布置满足以下要求 可靠性高 可靠性高 传输故障 不论是由内部还是外部引起的 应能准确识别出来 使用方便 使用方便 如果某一控制单元出现故障 其余

4、系统应尽可能保持原有功能 以便 进行信息交换 数据密度大 数据密度大 所有控制单元在任一瞬时的信息状态均相同 这样就使得两控制单 元之间不会有数据偏差 如果系统的某一处有故障 那么总线上所有连接的元件都 会得到通知 数据传输快 数据传输快 连成网络的各元件之间的数据交换速率必须很快 这样才能满足 实时要求 3 3 CANCAN总线布置 结构总线布置 结构 一 一 CANCAN总线概述总线概述 4 4 CANCAN总线系统构成总线系统构成 CANCAN总线的控制总线的控制逻辑逻辑 逻辑 1 所有控制器的开关断开 总线电平为5V或3 5V CAN总线未通讯 逻辑 0 某一控制器闭合 总线电平为0伏

5、 CAN总线进行通讯 CANCAN总线由总线由CANCAN收发器 数据传输终收发器 数据传输终 端电阻和数据传输线组成 端电阻和数据传输线组成 CAN总线收发器示意图 数据传输线 数据传输终端 数据传输终端电阻 CAN收发器 CAN收发器 CANCAN总线收发器总线收发器 安装在控制器内部 同时兼具接受和发送的功能 将控制 器传来的数据化为电信号并将其送入数 据传输线 CAN总线收发器传递数据的线路通 过一个开路集电极和总线相连 收发数 据使用一个电路控制 因此控制单元在 某一时间段只能进行发送或接受数据 一 一 CANCAN总线概述总线概述 4 4 CANCAN总线系统构成总线系统构成 数据

6、数据传输终端电阻传输终端电阻 为防止数据在总线终端被反射 产 生反射波而使数据遭到破坏 CAN总线 两侧终端节点各有一个120 的电阻 数据数据传输线 传输线 采用双绞线 CAN H线和CAN L线 且两根数据线采用高低电平 控 制器输出的信号同时向两根通讯线发送 高低电平互为镜像 可以防止数据干扰 1 V 1V 外界的干扰同时作用 于两根导线 产生的电磁波辐射 相互抵消 0 V 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 发送过程 发送过程 CAN构件通过RX 线来检查总线是否正在交换别的信息 电平0 有 源 必要时会等待 直至总线空闲下来为止 如果总

7、线空闲下来 电平1 无 源 发动机信息就会被发送出去 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 接收过程 接收过程 第一步 检查信息是否正确 监控层 第二步 检查信息是否可用 接收层 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 总线导线上就会出现两种状态 状态1 截止状态 晶体管截止 开关未接合 无源 总线电平 1 电阻高 状态0 接通状态 晶体管导通 开关已接合 有源 总线电平 0 电阻低 2个以上控制器所组成的Canbus系统 当用2个以上的控制器连接在Canbus总线上 如图所示 用逻辑1来表示断开和用逻辑

8、0表示 闭合 不考虑其他总线规则情况下 总线会出现 下图的情况 1 任何开关闭合 总线上的电压为0伏 2 所有开关断开 总线上的电压为5伏 一 一 CANCAN总线概述总线概述 基于以上 可以得到 1 只要任何一个控制器激活 则总线激活 2 所有控制器关闭 总线处于未激活状态 注 激活的总线称为显性电平 未激活的总线电平称为隐性电平 CANCAN数据总线上的信号变化 以数据总线上的信号变化 以CANCAN驱动数据总线为例 驱动数据总线为例 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 收发器内的收发器内的CANCAN HighHigh线和线和 CANCAN

9、 LowLow线上的信号转换线上的信号转换 控制单元是通过收发器联接到CAN驱动总线上的 在这个收发器内有一个接收器 该接收器是安装在接收一侧的差动信号放大器 差动信号放大器用于处理来自CAN High线和CAN Low线的信号 除此以外还负责 将转换后的信号传至控制单元的CAN接收区 这个转换后的信号称为差动信号放大器 的输出电压 差动信号放大器用CAN High线上的电压 UCAN High 减去CAN Low线上的电压 UCAN Low 就得出了输出电压 用这种方法可以消除静电平 对于CAN驱动数据 总线来说是2 5V 或其它任何重叠的电压 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5

10、CANCAN总线工作原理总线工作原理 控制单元信号在收发器内的放大控制单元信号在收发器内的放大 收发器发送一侧的任务是将控制单元内的CAN控制器的较弱信号放大 使之达到 CAN导线上的信号电平和控制单元输入端的信号电平 联接在CAN数据总线上的控制单元的作用就像是CAN导线上的一个负载电阻 因 为装有电子元件 这个负载电阻取决于联接的控制单元数量和其电阻 收发器将CAN信号输送到CAN数据总线的两条导线上 相应地在CAN High线上的 电压就升高 而在CAN Low线上的电压就降低一个同样大小的值 对于驱动CAN数 据总线来说 一条导线上的电压改变值不低于1V 对于CAN舒适 Infotai

11、nment总 线来说 这个值不低于3 6V 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 收发器的差动信号放大器在处理信号时 会用CAN High 线上作用的电压减去 CAN Low 线上作用的电压 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 CAN舒适 Infotainment数据总线的CAN 收发器 一 一 CANCAN总线概述总线概述 5 5 CANCAN总线工作原理总线工作原理 舒适系统的信号图 舒适系统的Canbus信号和驱

12、动系统有 很大区别 Can High的高电平为 3 6伏 Can High的低电平为 0伏 Can Low 的高电平为 5伏 Can low 的低电平为 1 4伏 逻辑 1 Can high 3 6V Can low 1 4V 逻辑 0 Can high 0V Can low 5V 目录目录 19 K线 4 LIN线 3 车载CAN总线 2 CAN总线概述 1 二 车载二 车载CANCAN总线总线 1 1 车载 车载CANCAN总线简介总线简介 通过总线将汽车上的各种电子装置与设备连成一个网络 实现相互之间的信 息共享 既减少了线束 又可更好地控制和协调汽车的各个系统 使汽车性能达 到最佳 二

13、 车载二 车载CANCAN总线总线 2 2 基于 基于CANCAN总线的汽车电器网络结构总线的汽车电器网络结构 发动机 ECU 自动变 速器ECU ABS TCS ECU 安全气 囊ECU 电控悬 架ECU 巡航控 制ECU 动力转 向ECU 电机控 制ECU 电池管 理ECU 灯光控 制ECU 刮雨洗涤 控制ECU 电动座 椅ECU 门锁防 盗ECU 电动车 窗ECU 后视镜 喇叭ECU 气候控 制ECU 警告信 号ECU 仪表显 示ECU 整车控制器 ECU 网关 整车控制器 ECU 网关 高速总线 低速总线 故障诊断 ECU 二 车载CAN总线 2 2 基于 基于CANCAN总线的汽车电

14、器网络结构总线的汽车电器网络结构 根据速率不同 车载CAN总线分为高速CAN和低速CAN 高速CAN用于动力系统 速率达到500kb s 主要面向实时性要求较高的控制单 元 如发动机 自动变速箱等 低速CAN用于车身系统 速率是100kb s 主要是针对车身控制的 如车灯 车 门 车窗等信号的采集以及反馈 其特征是信号多但实时性要求低 因此实现成本 要求低 根据车辆各控制单元对CAN总线性能的要求不同 CAN总线系统分为五种 动力CAN总线 500Kbit s 用于动力系统 舒适CAN总线 100 Kbit s 用于车辆舒适系统 信息CAN总线 100Kbit s 用于音响 信息显示器等 仪表

15、CAN总线 100Kbit s 用于仪表 诊断CAN总线 500Kbit s 用于诊断系统 二 车载二 车载CANCAN总线总线 3 3 网关 网关 由于CAN总线的速率和识别代号不同 因此一个信号要从一个总线进入到另一 个总线区域 必须把它的识别信号和速率进行改变 能够让另一个系统接受 这个 任务由网关网关 Gateway Gateway 来完成 另外 网关还具有改变信息优先级的功能 如车辆发生相撞事故 气囊控制单 元会发出负加速度传感器的信号 这个信号的优先级在驱动系统是非常高 但转到 舒适系统后 网关调低了它的优先级 因为它在舒适系统功能只是打开门和灯 根 据车辆的不同 网关可能安装在组

16、合仪表内 车上供电控制单元内或在自己的网关 控制单元内 二 车载二 车载CANCAN总线总线 4 4 终端电阻位置终端电阻位置 以X80 CAN总线系统终端电阻为例 动力CAN总线的两个120欧姆的终端电阻位于PCM和GW中 仪表CAN总线的两个120欧姆终端电阻位于IC和GW中 舒适CAN总线的两个120欧姆终端电阻位于BCM和GW中 诊断CAN总线只在GW里有一个120欧姆的终端电阻 信息CAN总线的两个120欧姆终端电阻位于音响主机和GW中 二 车载二 车载CANCAN总线总线 5 5 CANCAN总线系统控制单元的元件位置图总线系统控制单元的元件位置图 以X80 CAN总线系统控制单元的元件为例 二 车载二 车载CANCAN总线总线 6 6 CANCAN网络拓扑结构网络拓扑结构 动力动力PT CANPT CAN 网关控制单元与动力CAN 系统之间通信报文的发送与接收功能 网关对动力CAN 采用间接管理的方式 Gatew ay RR LR RF DWCU SMA RLS BCM PKE IMMO EMS AFS ABS ESP TCU EPB ACU SAS TPMS ETC D