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1、1.5 CAN-bus 物理层CAN-bus物理层简介ISO/OSI模型模型物理层物理层数据链路层数据链路层应用层应用层逻辑链路子层逻辑链路子层媒介访问控制子层媒介访问控制子层物理信号子层物理信号子层物理介质连接物理介质连接l 驱动器、收发器驱动器、收发器介质相关接口介质相关接口l 连接器连接器CAN-bus网络网络物理层把各种信息转换成物理信号，并将这些信号传输到其它目标设备。物理层把各种信息转换成物理信号，并将这些信号传输到其它目标设备。对于不同的对于不同的CAN-bus标准，仅物理层不相同标准，仅物理层不相同由由收发器收发器转换转换由由电缆电缆传输传输TJA1050常用收发器：常用收发器
2、：双绞线常用电缆：常用电缆：目 录 终端电阻CAN收发器与信号电平 接插件 传输速率与距离 线与原理 同步与位填充CAN收发器010111TXDRXDGNDVccSVioCANHCANLCAN收发器收发器101000将逻辑信号转换成物理信号。此收发器转换得到将逻辑信号转换成物理信号。此收发器转换得到的信号为差分电平信号。的信号为差分电平信号。将物理信号转换成逻辑信号。此收发器将差分电平将物理信号转换成逻辑信号。此收发器将差分电平信号转换为逻辑信号。信号转换为逻辑信号。负责逻辑信号和物理信号之间的转换。负责逻辑信号和物理信号之间的转换。信号电平ISO11898高速CAN电平ISO11519-2低
3、速CAN电平 CAN-bus发布了发布了ISO11898和和ISO11519两个通信标准，此两个标准中两个通信标准，此两个标准中差分电平的特性不相同。差分电平的特性不相同。物理层物理层ISO11898ISO11519-2电平电平显性显性隐性隐性显性显性隐性隐性CAH_H/V3.503.004.001.75CAN_H/V1.503.001.003.25电位差电位差/V2.0003.00-1.50双绞线对抑制共模干扰的抑制原理 (3.5 x) (1.5 x) 2V (2.5 + y) (2.5 + y) 0V 线路受到共模信号干扰后，信号差值不变，信号依然正确传输。线路受到共模信号干扰后，信号差值
4、不变，信号依然正确传输。3.5V1.5V2.5V 双绞线上传输差分信号，共模干扰使信号线上产生相同幅度和相位的干扰脉冲。CANH - CANL2V0Vxxyy目 录终端电阻CAN收发器与信号电平接插件传输速率与距离线与原理同步与位填充接插件CAN-bus常用三种接口器件常用三种接口器件M12小型小型连接器连接器OPEN5连接端子连接端子DB9插座插座目 录终端电阻CAN收发器与信号电平接插件传输速率与距离线与原理同步与位填充单节点信号示意图VDD开关闭合输出低电平开关闭合输出低电平TXDRXDGNDVccSVioCANHCANLCAN收发器收发器CANHVDDVDD开关打开输出高电平开关打开输
5、出高电平通过切换开关状态输出高低电平通过切换开关状态输出高低电平线“与”原理VDDVDDVDD 多个节点并接到同一总线上时，只要其中一个节点输出低电平，总多个节点并接到同一总线上时，只要其中一个节点输出低电平，总线就为低电平，只有所有节点输出高电平时，总线才为高电平。线就为低电平，只有所有节点输出高电平时，总线才为高电平。总线电平状态总线电平状态目 录终端电阻CAN收发器与信号电平接插件传输速率与距离线与原理同步与位填充同步通信与异步通信同步串行通信同步串行通信每个时钟沿采样数据每个时钟沿采样数据异步串行通信异步串行通信按约定的频率采样数据按约定的频率采样数据通信类型通信类型同步串行通信同步串
6、行通信异步串行通信异步串行通信时钟信号需要时钟信号线无需时钟信号线采样点采样点由时钟信号决定由接收者内部定时触发缺点多了一条时钟线波特率误差会产生通信错误波特率误差带来的数据错误标准波特率数据波形标准波特率数据波形逻辑逻辑1逻辑逻辑0时间时间/t18765432标准波特率采样点标准波特率采样点二进制的采样结果二进制的采样结果: 1 0 1 000110.86.45.64.84.03.22.41.6波特率偏大波特率偏大20%20%采样点采样点二进制的采样结果二进制的采样结果: 1 0 0 10100波特率偏小波特率偏小20%20%采样点采样点二进制的采样结果二进制的采样结果:1.29.68.47
7、.26.04.83.62.41 0 0 10100波特率误差累计后产生通信错误波特率误差累计后产生通信错误数据错误数据错误数据错误数据错误消除波特率误差产生的通信错误提高时钟精度，使波特率尽量接近标准波特率。提高时钟精度，使波特率尽量接近标准波特率。 此方法使设备成本激增，只能减少误差，仍无法消除累此方法使设备成本激增，只能减少误差，仍无法消除累计误差。计误差。同步：隔一段时间后所有节点时钟计时归同步：隔一段时间后所有节点时钟计时归0一次。一次。 此方案经济可靠，可以消除累计误差。此方案经济可靠，可以消除累计误差。 CAN-bus如何进行同步？如何进行同步？CAN-bus同步 CAN-bus规
8、定信号的跳变沿时刻进行同步。规定信号的跳变沿时刻进行同步。时间时间/tnn+10 1 20 1 20 1 20 1 20 1 20 1 20 1 2信号跳变沿作为同步时刻信号跳变沿作为同步时刻累计误差限制在两个跳变沿之间累计误差限制在两个跳变沿之间数据数据波形波形位填充时间时间/tnn+10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1001 2 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6 7发送多个相同位时无跳变沿用发送多个相同位时无跳变沿用于同步，导致误差不断累计于同步，导致误差不断累计数据数据波形波形 CAN-bus如何消除这种累计误差？如何消除这种累计误差？位填充n+10 1 2 3 4 500
9、 1 2 3 4 0 1 2 0 1 2 0 1 2 3 400数据数据波形波形在连续在连续5 5个相同位后插入一个相个相同位后插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步反位，产生跳变沿，用于同步时间时间/tn CAN-bus通过位填充提供同步信号，从而消通过位填充提供同步信号，从而消除累计误差。除累计误差。目 录终端电阻CAN收发器与信号电平接插件传输速率与距离线与原理同步与位填充传输速率与距离 CAN Control Area Network 的缩写，小范围实时通信的缩写，小范围实时通信网络，通信距离与速率成反比。网络，通信距离与速率成反比。距离越远，速率越低距离越远，速率越低当通信距离太长时可
10、以使用当通信距离太长时可以使用CAN 网关或网桥等设备划网关或网桥等设备划分子网，使子网通信速率与距离在规定范围内分子网，使子网通信速率与距离在规定范围内目 录终端电阻CAN收发器与信号电平接插件传输速率与距离线与原理同步与位填充终端电阻 终端电阻用于减少通信线路上的反射，避免引起电平变化而导致数终端电阻用于减少通信线路上的反射，避免引起电平变化而导致数据的传输信错误。据的传输信错误。接法有两种：接法有两种：低速低速CAN-bus终端电阻接法终端电阻接法高速高速CAN-bus终端电阻接法终端电阻接法使线路阻抗连续，信号波形完整使线路阻抗连续，信号波形完整小结ISO/OSI模型模型物理层物理层数据链路层数据链路层应用层应用层CAN-bus规范对物理层的信号电平、信号同步规范对物理层的信号电平、信号同步与位填充、通信速率与距离以及终端电阻等进与位填充、通信速率与距离以及终端电阻等进行了详细规定，只用符合相同物理层规定的行了详细规定，只用符合相同物理层规定的CAN节点才能互相通信。节点才能互相通信。CAN-bus网络网络
