第15章 CAN通信接口

《第15章 CAN通信接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第15章 CAN通信接口（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十五章 CAN通信接口主要内容v 现场总线概述v CAN技术规范v MSCAN08模块及其外围接口硬件电路v MSCAN08模块的编程结构v MSCAN08编程实例15.1 现场总线概述 现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。它是一项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的综合技术，是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动化领域的局域网。 目前国际上存在几十种现场总线标准，比较流行的主要有FF(基金会现场总线)、CAN(控制器局域网)、LonWorks、Profibus等。返回 15.1 现场总线概述15.2 CAN

2、技术规范15.2.1 CAN的基本概念 （1）报文(Messages)总线上传输的信息即为报文，它们以若干个不同的固定格式发送， 但长度受限。当总线空闲时，总线上任何单元均可发送新报文。 （2）信息路由(Information Routing)在CAN系统中，CAN不对单元分配站地址，报文的寻址内容由报文 的标识符指定。标识符不指出报文的目的地，但是这个数据的特定含义使得 总线上所有单元可以通过报文滤波来判断该数据是否与它们相符合。 （3）位速率(Bit Rate)即总线的传输速率。在一个给定的CAN系统中，位速率是唯一的， 也是固定的。 （4）优先权(Priorities)在总线访问期间，标

3、识符定义一个静态的报文优先权。 15.2 CAN技术规范（5）远程数据请求(Remote Data Request)当总线上某单元需要请求另一单元发送数据时，可通过发送 远程帧实现远程数据请求。 （6）多主机(Multimaster)总线空闲时，总线上任何单元都可以开始向总线上传送报文 ，但只有最高优先权报文的单元可获得总线访问权。 （7）仲裁(Arbitration)总线空闲时，若同时有两个或两个以上单元开始发送报文， 总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识符ID解决。 （8）错误标定和恢复时间(Error Signaling and Recovery Time)任何检测到错误的单元会标志出

4、已被损坏的报文。此报文会 失效并将自动重传。如果不再出现错误，则从检测到错误到下一报文 的传送开始为止，恢复时间最多为31位的时间。15.2 CAN技术规范（9）故障界定(Fault Confinement)CAN单元能够把永久故障和短暂的干扰区别开来。 （10）连接(Connection)CAN通信链路是一条可连接多单元的总线。理论上，总线上单 元数目是无限制的，实际上，单元数受限于延迟时间和总线的电气负载 能力。 （11）单通道(Single Channel)CAN总线由单一通道组成，借助数据重同步实现信息传输。（ 12）总线数据表示(Bus Values)CAN总线上有两种互补逻辑数值：

5、显性(Dominant)电平和隐性 (Recessive)电平。若显性位与隐性位同时发送，总线上数值将是显性。 （13）应答(Acknowledgment)所有接收器对接收到的报文进行一致性检查。对于一致的报文 ，接收器给予应答；对于不一致的报文，接收器做出标志。 15.2 CAN技术规范15.2.2 CAN总线的位数值表示与通信距离CAN总线上用显性 (Dominant)和隐性(Recessive)两 个互补的逻辑值表示0和1。当在总线上出现同时发送显性位和隐性位 时，总线上数值将出现显性。如左 图。 V时间t隐性位显性位隐性位VdiffVdiffVCAN- HVCAN-L总线位的数值表示V

6、diffCAN总线上任意两单元最大距离及位速率对应表位速率/kbps10005002501251005020105最大距离/m401302705306201300330067001000015.2 CAN技术规范15.2.3 报文传输和帧结构报文传输由以下4个不同的帧类型表示和控制：数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接收器。远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数据 帧。错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。过载帧：过载帧用于在先行和后续数据帧（或远程帧）之间提供 一附加的延时。数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧两种格式。它们用一个 帧间空间与前面的帧分隔。15.2 CA

7、N技术规范（1）数据帧数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、 数据场、CRC 场、应答场、帧结尾。数据帧组成如下图。 帧间空间仲裁场控制场数据场CRC场帧结束数据帧帧起始应答场帧间空间或过载帧（2）远程帧远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6 个不同的位场组成 ：帧起始、仲裁场、控制场、CRC 场、应答场、帧结尾。远程帧的 组成如下图。 帧间空间仲裁场控制场CRC场帧结束远程帧帧起始应答场帧间空间或过载帧15.2 CAN技术规范（3）出错帧错误帧由两个不同的场组成。第一个场是由不同站提供的错误标 志（ERROR FLAG）的叠加；第二个场是错误界定符。出错帧的组成 如下图。 （

8、4）过载帧过载帧包括两个位场：过载标志和过载界定符。过载帧的组成如下图。数据帧 错误标志错误标志的重叠错误界定符错误帧帧间空间或过载帧数据帧过载标志过载标志的重叠过载界定符过载帧帧间空间或过载帧图15-7过载帧组成 15.2 CAN技术规范15.2.4 错误处理1)错误检测（ 5种不同的错误类型） 位错误：单元在发送位的同时也对总线进行监视。如果所发送的 位值与所监视的位值不相同，则在位时间里检测到一个位错误。 填充错误：如果在使用位填充法进行编码的信息中，出现了6个 连续相同的电平时，将检测到一个填充错误。 CRC错误：CRC序列包括发送器的CRC计算结果。如果计算结 果与接收到的CRC序列

9、的结果不相符，则检测到一个CRC错误。 形式错误：当一个固定的位场含有1个或多个非法位，则检测到 一个形式错误。 应答错误：只要在应答间隙期间所监视的位不为显性，则发送器 会检测到一个应答错误。 2)错误标定 检测到错误条件的站通过发送错误标志指示错误。对于“错误主 动”的节点，错误信息为“主动错误标志”，对于“错误被动”的节点， 错误信息为“被动错误标志”。15.2 CAN技术规范15.2.5 故障界定至于故障界定，单元的状态可能为下列三种之一：错误主动、错误被动、总线关闭。错误主动的单元可以正常地参与总线通信并在检测到错误时发出主动错误标志。错误被动的单元不允许发送主动错误标志。错误被动的

10、单元参与总线通信，在错误被检测到时只发送被动错误标志。而且，发送以后，错误被动单元将在初始化下一个发送之前处于等待状态。总线关闭的单元不允许在总线上有任何的影响。15.2 CAN技术规范15.2.6 位定时与同步位定时与同步定义CAN总线的通信速率，相关名词有： 标称位速率(Nominal Bit Rate)：一理想的发送器在没有重新同步 的情况下每秒发送的位数量。 标称位时间(Nominal Bit Time)：1/标称位速率。标称位时间可分 成几个不重叠的片段，分别是：同步段(SYNC_SEG）、传播段 (PROG_SEG)、相位缓冲段1(PHASE_SEG1)、相位缓冲段 2(PHASE

11、_SEG2)。 同步段(SYNC_SEG)：用于同步总线上不同的节点，这一段内要有 一个跳变沿。 传播段(PROG_SEG)：用于补偿网络内的物理延时时间。它是总线 上输入比较器延时和输出驱动器延时总和的2倍。 相位缓冲段1(PHASE_SEG1)、相位缓冲段2(PHASE_SEG2)：用 于补偿边沿阶段的误差。这两个段可以通过重新同步加长或缩短。15.2 CAN技术规范15.2.6 位定时与同步采样点(Sample Point)：读总线电平并解释各位的值的一个时间点 。采样点位于相位缓冲段1之后。 信息处理时间(Information Processing Time)：信息处理时间是 以一个

12、采样点作为起始的时间段。采样点用于计算后续位的位电平。 时间份额(Time Quanta)：时间份额是派生于振荡器周期的固定时 间单元。存在一个可编程的预比例因子，将整体数值范围为1-32的整数 ，以最小时间份额为起点，时间份额的长度为： 时间份额=m * 最小时间份额，其中，m为预比例因子 时间段长度(Length of Segments)：同步段为1个时间份额，传播 段的长度可设置成1、28个时间份额，相位缓冲段1的长度可设置成1 、28个时间份额，相位缓冲段2的长度为相位缓冲段1和信息处理时间 之间的最大值，信息处理时间少于或等于2个时间份额。 一个位时间总的时间份额值可以设置在825的

13、范围。 返回 15.2 CAN技术规范15.3 MSCAN08模块及其外围接口硬件电路15.3.1 MSCAN08模块MSCAN08是Freescale可升级控制器局域网（Motorola scalable controller area network，MSCAN）在Freescale 08系列微控制器中 的具体实现。该模块具有以下特性： 模块化的设计 符合CAN2.0A/B协议标准，支持标准和扩展数据帧格式 高达1Mbps的可编程通信速率 一帧最多8字节数据 支持远程请求帧 4个先进先出结构的收发缓冲区，其中3个为具有局部优先级的发送缓冲区 灵活的标识符验收模式，可配置成1个32位过滤码、

14、2个16位过滤码和4个8位过 滤码 内置低通滤波的远程唤醒功能 可编程为方便调试的自环工作模式15.3 MSCAN08模块及其外围接口硬件电路CAN系统 MSCAN08使用2个外部引脚，一个输入（CANRX），一个输出（ CANTX）。CANTX 输出引脚代表了CAN上的逻辑电平：0为显性，1 为隐性。由MSCAN08模块构建的典型的CAN系统如下图。 120MCU CAN控制器 （MSCAN08）收发器CANH CANLCANRXCAN节点CAN节点CAN节点120CANH CANL CANH CANLCANTX15.3 MSCAN08模块及其外围接口硬件电路15.3.2 总线驱动芯片PCA

15、82C250和光电隔离芯片 6N137PCA82C250提供对总线的差动发送功 能，对CAN控制器提供差动接收功能，速 度最高达1Mbps，可用于一般的工业应用 场合。该芯片的额定电源电压是5V，有8引 脚DIP和 SO两种封装，右图给出了DIP封装 的引脚图。其中引脚Rs的用法 见下表。TXD - 1GND - 2Vcc - 3RXD - 48 - Rs7 - CANH6 -CANL5 - VrefPCA82C250引脚图工作模式Rs接法说明 高速模式接低电电平支持最大总线长总线长 度/速率。斜率模式过过16.5k-140k 的电电阻接地当使用非屏蔽的总线电缆时总线电缆时 可考虑虑使用这这种

16、模式。 该该模式的输输出转换转换 速度可以被降低以减少电电磁辐辐射。 待机模式接高电电平慢速模式，适用于电电池供电场电场 合。15.3 MSCAN08模块及其外围接口硬件电路15.3.3 MSCAN08通信接口硬件电路MSCAN08构建CAN总线系统智能节点的硬件电路如下图见微处 理器采用带有MSCAN08模块的MC68HC908GZ60，CAN总线驱动器 采用PCA82C250。GZ60负责MSCAN08的初始化，并通过读取 MSCAN08模块的报文缓冲区收发数据。GZ60的CANTx和CANRx与 PCA82C250通过高速光耦6N137后再与PCA82C250相连。6N137MC68HC908GZ60CANTxCANRxVccIN EN Vdd OUT GND328657GNDOUT Vdd EN INVcc6N1375 678323903900.1uF390390TX