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1、朱明工作室朱明工作室 主讲：朱明主讲：朱明高级技师、经济师、工程师高级技师、经济师、工程师高级技能专业教师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员汽车维修工高级考评员第第4章章CAN 控制器局域网控制器局域网朱明工作室朱明工作室第第4章控制器局域网章控制器局域网第一节概述第一节概述第二节第二节CAN协议协议第三节第三节CAN的基本组成和数据传输原理的基本组成和数据传输原理第四节第四节CAN主要部件的结构原理主要部件的结构原理第五节第五节CAN设计基础设计基础朱明工作室朱明工作室通信协议通信协议n通信协议通信协议即所谓的交通规则和交通标志即所谓的交通规则和交通标志的制定方的制定方n 法。在法。在CA
2、N中决定哪种信中决定哪种信号具有号具有优先读优先读n 取取权，哪种信号需要传递权，哪种信号需要传递的的速度速度快等。快等。 朱明工作室朱明工作室图6-1 奥迪轿车载网络拓扑图朱明工作室朱明工作室朱明工作室朱明工作室朱明工作室朱明工作室(1) CAN数据总线。(2) LIN数据总线。(3) MOST数据总线。(4) BluetoothTM数据总线。(5) 诊断总线。为使条理清晰，本章以大众、奥迪车系为例进行阐述，奥迪轿车车载网络拓扑如图6-1所示。典型数据总线典型数据总线朱明工作室朱明工作室第一节第一节概概 述述由于使用的电子部件越来越多，各个控制单元之间的数据传递就要求采用新的传送通道。因此2
3、0世纪90年代中期，在奥迪车上引入了CAN数据总线这一重要概念。但是CAN数据总线系统的缺点是，在信息传输方面的传输速率有限。解决该问题的办法只能是采用能满足各种需要的传输系统，本章详细阐述以下几种典型数据总线的原理、结构和工作过程：朱明工作室朱明工作室了解了解CAN-BUSn LAN (Local Area Network)是微是微机网络中的一种类型，机网络中的一种类型，CAN只是只是LAN中的中的高速网络协议之一。高速网络协议之一。 朱明工作室朱明工作室进入进入CAN-BUS朱明工作室朱明工作室汽车控制局域网的分类汽车控制局域网的分类n中中n中中n低低n成本成本n40m40mn40m40m
4、（典型）（典型）n40m40mn总线总线最最n大长大长度度n1Mb/s1Mb/sn（250kb/s250kb/s）n10101250kb/s1250kb/sn20kb/s20kb/sn位速位速率率n双绞线双绞线n双绞线双绞线n单根线单根线n介质介质n控制、诊断控制、诊断n控制、诊断控制、诊断n智能传感智能传感器器n用途用途nC C类类nB B类类nA A类类n类别类别朱明工作室朱明工作室B类网络系统与类网络系统与C类网络系统类网络系统朱明工作室朱明工作室CAN-BUS 各级别各级别(C)举例举例电子器件及项目电子器件及项目位位启用启用频率频率（HzHz）等等级级源于何种系统源于何种系统信号类信
5、号类型型传输速率传输速率（bpsbps）碰撞传感器碰撞传感器1616200200C C汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型1280012800车速控制信号车速控制信号1616200200C C巡航控制系统巡航控制系统监控型监控型1280012800轮速传感器轮速传感器1616200200C C汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型1280012800火花塞输出正时信号火花塞输出正时信号1616200200C C动力控制模块动力控制模块监控型监控型1280012800防抱死制动防抱死制动ABSABS的泵速度的泵速度控制控制1616200200C C汽车安全系统汽车安全系统监控型监控型1280012
6、800曲轴位置传感器曲轴位置传感器 1616200200C C点火控制模块点火控制模块传感型传感型1280012800加速踏板位置信号传感器加速踏板位置信号传感器1616200200C C牵引力控制系统牵引力控制系统传感型传感型1280012800液压转向助力液压转向助力1616200200C C电控液压助力系电控液压助力系统统传感型传感型1280012800ABSABS的泵速度控制的泵速度控制1616200200C C汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型1280012800朱明工作室朱明工作室CAN-BUS 各级别各级别(B)举例举例电子器件及项目电子器件及项目位位启用启用频率频率（HzHz
7、）等等级级源于何种系统源于何种系统信号类信号类型型传输速率传输速率（bpsbps）气缸识别传感器气缸识别传感器16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200点火诊断监测器点火诊断监测器16165050B B点火控制模块点火控制模块监控型监控型32003200手动控制感位置手动控制感位置16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200废气加热氧传感器废气加热氧传感器16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200空气流量传感器空气流量传感器16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200节气
8、门位置传感器节气门位置传感器16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200发动机转速发动机转速16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200蓄电池电压蓄电池电压16161010B B点火控制模块点火控制模块传感型传感型640640空调压缩机离合器空调压缩机离合器16161010B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型640640朱明工作室朱明工作室CAN-BUS 各级别各级别(A)举例举例电子器件及项目电子器件及项目位位启用启用频率频率（HzHz）等等级级源于何种系统源于何种系统信号类信号类型型传输速率传输速率（bpsbps）悬架状态悬
9、架状态16161 1A A空气悬架空气悬架监控型监控型6464车外温度车外温度161A空调控制系统空调控制系统传感型传感型6464风扇速度控制风扇速度控制161A空调控制系统空调控制系统监控型监控型6464设定设定/加速加速/复速复速161A巡航控制系统巡航控制系统传感型传感型6464点火开关位置点火开关位置161A仪表板显示系统仪表板显示系统传感型传感型6464电动座椅电动座椅161A汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型6464燃油油平面高度传感器燃油油平面高度传感器161A点火控制模块点火控制模块传感型传感型6464辛烷值调节塞辛烷值调节塞161A动力控制模块动力控制模块传感型传感型646
10、4EGREGR真空调节器真空调节器161A动力控制模块动力控制模块监控型监控型6464朱明工作室朱明工作室如此多的信息，如此多的信息，CAN-BUS是如何解决的？是如何解决的？朱明工作室朱明工作室 CAN-BUS局域网工作过程局域网工作过程朱明工作室朱明工作室 CAN-BUS局域网的基本系统局域网的基本系统控制单元控制单元A控制单元控制单元B控制单元控制单元C朱明工作室朱明工作室信息如何交换信息如何交换控制单元控制单元A控制单元控制单元B控制单元控制单元C发动机转速00010101发动机转速00010101发动机转速00010101并行信息连续的比特流朱明工作室朱明工作室第一节概述第一节概述一
11、、一、CAN总线的特性总线的特性二、二、CAN总线的位数值表示与通信距离总线的位数值表示与通信距离朱明工作室朱明工作室一、一、 CAN数据总线数据总线概述概述CAN数据总线工作起来是非常可靠的，因此很少出现CAN故障。只有掌握了CAN数据总线的基本原理，才能充分运用测量方法来查寻故障。为了在必要时仔细检查CAN数据总线，VAS5051(大众、奥迪原厂诊断仪是德国大众公司为其特约维修站指定的必备汽车诊断仪器)会提供各种信息，比如“Motorsteuergeraet kein Signal/Kommunikation”(发动机控制单元无信号/通信(偶然故障)或“Datenbus-Antrieb d
12、efekt”(CAN驱动总线有故障)。故障源的其他说明由“网关”测量数据块提供，CAN总线上所有控制单元的通信状态都存储在这些数据块内。朱明工作室朱明工作室一、一、CAN总线的特性总线的特性1. CAN的特点的特点2. CAN数据传输系统的优点数据传输系统的优点3.传输线颜色特点传输线颜色特点朱明工作室朱明工作室1. CAN的特点1)CAN支持从几千到支持从几千到1Mbits的传输速率。的传输速率。2)使用廉价的物理传输媒介。使用廉价的物理传输媒介。3)数据帧短，实时性好，降低了有效数据传输的速度。数据帧短，实时性好，降低了有效数据传输的速度。4)错误检测校正能力强，系统可靠性高。错误检测校正
13、能力强，系统可靠性高。5)多站同时发送信息，模块可以优先获取数据。多站同时发送信息，模块可以优先获取数据。6)能判断暂时错误和永久错误的节点，具有故障节点自动脱离能判断暂时错误和永久错误的节点，具有故障节点自动脱离功能。功能。7)大部分大部分CAN在丢失仲裁或出错时，具有信息自动重发功能。在丢失仲裁或出错时，具有信息自动重发功能。朱明工作室朱明工作室2. CAN数据传输系统的优点1)将传感器信号线减至最少，更多的传感器信号进行高速数据将传感器信号线减至最少，更多的传感器信号进行高速数据传输。传输。2)组网自由，功能扩展能力强。组网自由，功能扩展能力强。3)总线利用率高，数据传输距离长，可达总线
14、利用率高，数据传输距离长，可达10km；数据传输速率；数据传输速率高，可达高，可达1Mbits。4)CAN总线符合国际标准，便于一辆车上不同生产厂家的电控总线符合国际标准，便于一辆车上不同生产厂家的电控单元间进行数据交换。单元间进行数据交换。5)电控单元实时监测。电控单元实时监测。6)电控单元和电控单元插接器端子最小化应用，节省电控单元电控单元和电控单元插接器端子最小化应用，节省电控单元的有限空间。的有限空间。7)节省大量有色金属，成本相对较低。节省大量有色金属，成本相对较低。朱明工作室朱明工作室3.传输线颜色特点传输线颜色特点CAN总线基本颜色为橙色；总线基本颜色为橙色；CAN-L(低位低位
15、)均为棕色；均为棕色；CAN-H(高位高位)中的驱动系统传输线为黑色，中的驱动系统传输线为黑色，舒适系统传输线为绿色，舒适系统传输线为绿色，信息系统传输线为紫色。信息系统传输线为紫色。朱明工作室朱明工作室二、CAN总线的位数值表示与通信距离图3-1总线位的数值表示朱明工作室朱明工作室二、CAN总线的位数值表示与通信距离表3-1CAN总线任意两节点之间的最大传输距离位速位速率率/（Kbit/s）10005002501251005020105最大最大距离距离/m4013027053062013003300670010000朱明工作室朱明工作室第二节第二节CAN协议协议一、概述一、概述二、二、CAN
16、的分层结构的分层结构三、不同版本通信协议与互联三、不同版本通信协议与互联朱明工作室朱明工作室一、概述一、概述CAN技术的应用推广，要求通信协议标准化。技术的应用推广，要求通信协议标准化。1991年年9月，月，Bosch公司制定并发布了公司制定并发布了CAN技术规技术规范范(Version2.0)，该技术规范包括该技术规范包括A和和B两部分。两部分。朱明工作室朱明工作室表3-2CAN协议与相关标准名称名称位速率位速率/（Kbits）规格规格使使 用用 范范 围围SAE J193911250双线制，屏蔽式双绞双线制，屏蔽式双绞线线载货汽车，大型客车载货汽车，大型客车SAE J193912250双线
17、制，屏蔽式双绞双线制，屏蔽式双绞线，供给电压线，供给电压12V农业机械农业机械SAE J2284500双线制，双绞线（无双线制，双绞线（无屏蔽）屏蔽）汽车（高速：动力传汽车（高速：动力传动系统）动系统）SAE J2411333，833单线制单线制汽车（低速：车身系汽车（低速：车身系统）统）NMEA2000625，125，250，500，1000双线制，屏蔽式双绞双线制，屏蔽式双绞线，供给电源，供给电线，供给电源，供给电压压24V船舶船舶Device Net125，250，500双线制，屏蔽式双绞双线制，屏蔽式双绞线，供给电源，供给电线，供给电源，供给电压压24V工业设备工业设备CANopen1
18、0，20，50，125，250，500，800，1000双线制，双绞线，选双线制，双绞线，选用（屏蔽，电源）用（屏蔽，电源）工业设备工业设备SDS50，125，500，1000双线制，屏蔽式双绞双线制，屏蔽式双绞线选用（电源）线选用（电源）工业设备工业设备一、概述一、概述朱明工作室朱明工作室表3-3通信协议按速度分类电通信电通信光通信光通信等级等级通信速率通信速率/（Kbits）用途用途协议协议A010（车（车身系统）身系统）照明装置、照明装置、电动车窗、电电动车窗、电动座椅、中央动座椅、中央门锁等门锁等低速低速CAN（0125Kbits），），LINB10125（状态信息系（状态信息系统）统
19、）组合仪表、组合仪表、驱动信息、自驱动信息、自动空调、故障动空调、故障诊断诊断J1850，VANC1251000（实时控（实时控制系统）制系统）发动机、自发动机、自动变速器、动变速器、ABS、电子悬、电子悬架等架等高速高速CAN（12510000Kbits）D50000（多（多媒体）媒体）D2B光纤通光纤通信，信，MOST，IEEE 1394一、概述一、概述朱明工作室朱明工作室二、二、CAN的分层结构的分层结构1.数据链路层数据链路层2.物理层物理层朱明工作室朱明工作室二、CAN的分层结构图3-2数据链路层和物理层功能框图朱明工作室朱明工作室1.数据链路层(1)逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC
20、)(2)媒体访问控制媒体访问控制朱明工作室朱明工作室n1)功能。功能。n 接收滤波。接收滤波。n在在LLC层上开始的帧跃变是独立的，其自身操作与先前的层上开始的帧跃变是独立的，其自身操作与先前的帧跃变无关。帧跃变无关。n 超载通知。超载通知。n若接收器内部条件要求延迟下一个若接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或数据帧或LLC远程远程帧，则通过帧，则通过LLC子层开始发送超载帧。子层开始发送超载帧。n2)LLC帧结构帧结构。n LLC数据帧。数据帧。n由由3个位场，即标识符场、数据字长度码个位场，即标识符场、数据字长度码(DLC)场和数据场和数据场组成，如图场组成，如图3-3所示。所示。n
21、 LLC远程帧。远程帧。n由标识符场和由标识符场和DLC场组成，如图场组成，如图3-4所示。所示。(1)逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)朱明工作室朱明工作室(1)逻辑链路控制(LLC)朱明工作室朱明工作室(1)逻辑链路控制(LLC)表3-4由DLC表示的数据字节数编码数据字节数数据字节数DLCDLC3DLC2DLC1DLC0000001000120010300114010050101601107011181000朱明工作室朱明工作室1)功能模型功能模型 发送部分功能。发送部分功能。 接收部分功能。接收部分功能。2）MAC帧结构帧结构 数据帧。数据帧。 MAC远程帧远程帧 出错帧。出错帧。 超
22、载帧。超载帧。 帧间空间。帧间空间。(2)媒体访问控制媒体访问控制朱明工作室朱明工作室1)功能模型功能模型图3-5媒体访问控制功能朱明工作室朱明工作室 发送部分功能。发送部分功能。n发送数据封装：发送数据封装：n接收接收LLC帧及接口控制信息，帧及接口控制信息，n循环冗余检验循环冗余检验(CRC)通过向通过向LLC帧附加帧起始帧附加帧起始(SOF)和远和远程发送请求程发送请求(RTR)、保留位、保留位、CRC、应答、应答(ACK)和帧结束和帧结束(EOF)。朱明工作室朱明工作室 接收部分功能。接收部分功能。n接收媒体访问管理接收媒体访问管理:由物理层接收串行位流；由物理层接收串行位流；解除串行
23、结构并重新构建帧结构；检测填解除串行结构并重新构建帧结构；检测填充位充位(解除位填充解除位填充)；错误检测；错误检测(CRC、格式、格式校验、填充规则校验校验、填充规则校验)；发送应答；构造错；发送应答；构造错误帧并开始发送；确认超载条件；重新激误帧并开始发送；确认超载条件；重新激活超载帧结构并开始发送。活超载帧结构并开始发送。朱明工作室朱明工作室 数据帧数据帧图3-6MAC数据帧朱明工作室朱明工作室 MAC远程帧远程帧图3-7MAC远程帧朱明工作室朱明工作室n由两个不同场构成，由两个不同场构成，n第一个由来自不同节点的错误标志叠加给出，第一个由来自不同节点的错误标志叠加给出，n第二个为错误界
24、定符。第二个为错误界定符。n错误标志：错误标志：n分为活动错误标志和认可错误标志，前者由分为活动错误标志和认可错误标志，前者由6位连续的位连续的“显显性性”位组成，后者由位组成，后者由6位连续的位连续的“隐性隐性”位组成。认可错误标位组成。认可错误标志部分或所有位由来自其他节点的志部分或所有位由来自其他节点的“显性显性”位改写。位改写。 出错帧出错帧朱明工作室朱明工作室n存在两类具有相同格式的超载帧，即存在两类具有相同格式的超载帧，即LLC要要求的超载帧和重激活超载帧，求的超载帧和重激活超载帧，n前者为前者为LLC层所要求，表明内部超载状态；层所要求，表明内部超载状态；后者由后者由MAC层的一
25、些出错条件而启动发送。层的一些出错条件而启动发送。 超载帧朱明工作室朱明工作室图3-8帧间空间a)非“错误-认可”或已收到先前帧节点的帧间空间b)先前帧已发送“错误-认可”节点的帧间空间 帧间空间帧间空间朱明工作室朱明工作室3)MAC帧编码和发送接收nSOF、仲裁场、控制场、数据场和、仲裁场、控制场、数据场和CRC序序列帧段均以位填充方法进行编码。当发送列帧段均以位填充方法进行编码。当发送器在发送位流中检测到器在发送位流中检测到5个数值相同的连续个数值相同的连续位位(包括填充位包括填充位)时，在实际发送位流中，自时，在实际发送位流中，自动插入一个补码位。动插入一个补码位。朱明工作室朱明工作室图
26、3-9位发送次序4)媒体访问和仲裁媒体访问和仲裁朱明工作室朱明工作室5)错误检测错误检测n 错误类型错误类型n 错误界定规则错误界定规则朱明工作室朱明工作室 错误类型错误类型n位错误：位错误：n正在向总线发送一位的节点同时在检测总线。当检测到的正在向总线发送一位的节点同时在检测总线。当检测到的位数值与送出的位数值不同时，则检验到位错误。位数值与送出的位数值不同时，则检验到位错误。n填充错误：填充错误：n在使用位填充方法进行编码的帧场中，出现第六个连续相在使用位填充方法进行编码的帧场中，出现第六个连续相同电平的位时，则检测到填充错误。同电平的位时，则检测到填充错误。nCRC错误：错误：nCRC序
27、列由发送器的序列由发送器的CRC计算结果构成，接收器以发送器计算结果构成，接收器以发送器相同的方法计算相同的方法计算CRC。n形式错误：当固定格式位场含有一个或更多非法位时，则形式错误：当固定格式位场含有一个或更多非法位时，则检测到形式错误。但接收器在帧结束的最后位检测到显性检测到形式错误。但接收器在帧结束的最后位检测到显性位时，不将其理解为形式错误。位时，不将其理解为形式错误。朱明工作室朱明工作室 错误界定规则错误界定规则n“错误激活错误激活”节点：节点：n可正常参与总线通信，并在检测到错误时，发出一个活动可正常参与总线通信，并在检测到错误时，发出一个活动错误标志。错误标志。 n“错误认可错
28、误认可”节点：节点：n不应发送活动错误标志，并参与总线通信，但在检测到错不应发送活动错误标志，并参与总线通信，但在检测到错误时，发送一个认可错误标志。认可错误标志由误时，发送一个认可错误标志。认可错误标志由6个连续个连续的隐性位组成的隐性位组成 n“总线脱离总线脱离”节点：节点：n当一个节点由于请求故障界定实体而对总线处于关闭状态当一个节点由于请求故障界定实体而对总线处于关闭状态时，其处于时，其处于“总线脱离总线脱离”状态。状态。朱明工作室朱明工作室图3-10节点错误状态转换 错误界定规则朱明工作室朱明工作室2.物理层(1)物理层结构物理层结构 (2)位时间位时间 (3)同步同步朱明工作室朱明
29、工作室(1)物理层结构图3-11物理层结构朱明工作室朱明工作室(2)位时间图3-12正常位时间的组成朱明工作室朱明工作室(3)同步n1)在一个位时间内仅允许一种同步。在一个位时间内仅允许一种同步。n2)只有先前采样点检测到的数值只有先前采样点检测到的数值(先前读总线数值先前读总线数值)不不同于边沿后即现的总线数值时，边沿才被用于同步。同于边沿后即现的总线数值时，边沿才被用于同步。n3)总线空闲期间，当存在隐性至显性的跳变沿时，总线空闲期间，当存在隐性至显性的跳变沿时，即完成硬同步。即完成硬同步。n4)所有满足规则所有满足规则1)和和2)的其他隐性至显性的跳变沿的其他隐性至显性的跳变沿和在低位速
30、率情况下，选择的显性至隐性跳变沿将被和在低位速率情况下，选择的显性至隐性跳变沿将被用于重同步；若只有隐性至显性沿被用于重同步，由用于重同步；若只有隐性至显性沿被用于重同步，由于具有正相位的隐性至显性跳变沿，发送器将不完成于具有正相位的隐性至显性跳变沿，发送器将不完成重同步。重同步。朱明工作室朱明工作室三、不同版本通信协议与互联1. B类通信协议与类通信协议与C类通信协议互联类通信协议互联2.通用工作负荷特性通用工作负荷特性3.低速车身控制系统实施高速的低速车身控制系统实施高速的CAN协议协议朱明工作室朱明工作室图3-13网关处理内容1. B类通信协议与C类通信协议互联朱明工作室朱明工作室图3-
31、14轿车CAN与SAE J1850网络互联1. B类通信协议与C类通信协议互联朱明工作室朱明工作室2.通用工作负荷特性为了合理分配通信速率，提高效率和降低成本，Bosch公司开发了供不同等级通信选用的通用工作负荷特性表(见表3-5)，共有90项内容，可供CAN总线汽车使用或维修时参考。朱明工作室朱明工作室3.低速车身控制系统实施高速的CAN协议(1)低速车身控制系统的含义低速车身控制系统的含义 (2)串行链路输入输出控制器局域网串行链路输入输出控制器局域网 (3)SLIO的物理寻址方法的物理寻址方法 (4)SLIOCAN的信息发送方式的信息发送方式 (5)SLIOCAN总线与总线与CAN总线对
32、比总线对比(6)SLIOCAN车身控制系统的布局车身控制系统的布局(7)SLIOCAN网络发生故障时的网络发生故障时的“对抗措施对抗措施” (8)SLIOCAN车身控制系统的车身控制系统的“即插即用即插即用”特性特性朱明工作室朱明工作室(1)低速车身控制系统的含义低速低速(小于小于125Kbits)车身控制系统主要指汽车身控制系统主要指汽车灯光、刮水器、电动车窗、后视镜、中央门车灯光、刮水器、电动车窗、后视镜、中央门锁、空调以及其他低速数据的通信系统。低优锁、空调以及其他低速数据的通信系统。低优先级和低通信量的低速车身控制信息，若采用先级和低通信量的低速车身控制信息，若采用高速数据总线结构，会
33、使生产成本和维修费用高速数据总线结构，会使生产成本和维修费用提高。提高。朱明工作室朱明工作室(2)串行链路输入输出控制器局域网SLIOCAN是用于完成简单输入输出功能的低智能CAN芯片，其最简单的结构可以看做带有内部CAN控制器的IO端口，具有CAN协议规定的全部特征和能力，并符合CAN 2.0A和CAN 2.0B(无源)规格，具有11位CAN标识符和29位忽略标识符，不会使总线出错。朱明工作室朱明工作室(3)SLIO的物理寻址方法图3-15同一总线包括有其他CAN节点的SLIO朱明工作室朱明工作室(4)SLIOCAN的信息发送方式为了使为了使SLIO的内部振荡器同步以供总线定时，的内部振荡器
34、同步以供总线定时，主控制器须每隔主控制器须每隔3800位时间发送位时间发送1条标定帧，条标定帧，只需标定只需标定SLIO节点，就能发送节点，就能发送1条条CAN信息。信息。朱明工作室朱明工作室(5)SLIOCAN总线与CAN总线对比表3-7SLIOCAN和CAN两个外主节点之间的最大容许距离位速率位速率/（Kbit/s）总线长度总线长度/mP82C150(SLIOCAN)P8XC592、PCA82C200(CAN)12580530100120620503001300208503300朱明工作室朱明工作室(6)SLIOCAN车身控制系统的布局图3-16采用SLIOCAN的车身控制系统朱明工作室朱
35、明工作室(7)SLIOCAN网络发生故障时的“对抗措施”针对总线故障，针对总线故障，SLIOCAN与智能的与智能的CAN节点相同，即节点相同，即一旦一旦CAN总线出现故障，各自独立的节点不能再与其总线出现故障，各自独立的节点不能再与其主机或其他节点通信，此时系统按照预定义参数进入主机或其他节点通信，此时系统按照预定义参数进入低效运行方式或缓复位。低效运行方式或缓复位。朱明工作室朱明工作室(8)SLIOCAN车身控制系统的“即插即用”特性图3-17SLIOCAN车身控制系统朱明工作室朱明工作室(8)SLIOCAN车身控制系统的“即插即用”特性图3-18改进后的车身控制系统朱明工作室朱明工作室4.
36、大型汽车中应用最广泛的应用层协议SAEnSAE J1939由美国由美国SAE组织维护和推广，其特点如下：组织维护和推广，其特点如下：n1)以以CAN 2.0B协议为基础，协议为基础，物理层标准与物理层标准与ISO 11898规范规范兼容，并采用符合该规范的兼容，并采用符合该规范的CAN控制器和收发器。通信速率最控制器和收发器。通信速率最高可达高可达250Kbit/s。n2)采用协议数据单元采用协议数据单元(PDU)传送信息传送信息，每个，每个PDU相当于相当于CAN协议中的一帧。协议中的一帧。n3)利用利用CAN 2.0B扩展帧格式的扩展帧格式的29位标志符位标志符定义每一个定义每一个PDU的
37、含义以及的含义以及PDU的优先级。的优先级。n4)J1939协议协议主要作为汽车中应用的通信协议，对汽车中应主要作为汽车中应用的通信协议，对汽车中应用到的各类参数都进行了规定，参数的规定符合用到的各类参数都进行了规定，参数的规定符合ISO 11992标标准。准。朱明工作室朱明工作室第三节第三节CAN的基本组成和数据传输原理的基本组成和数据传输原理一、一、CAN的基本组成的基本组成二、数据传输原理二、数据传输原理朱明工作室朱明工作室一、CAN的基本组成1.电控单元电控单元2. CAN控制器控制器3. CAN收发器收发器4.数据传递终端数据传递终端5. CAN总线总线朱明工作室朱明工作室通信协议通
38、信协议n通信协议通信协议即所谓的交通规则和交通标志的制定方即所谓的交通规则和交通标志的制定方n 法。在法。在CAN中决定哪种信号具有中决定哪种信号具有优先读优先读n 取取权，哪种信号需要传递的权，哪种信号需要传递的速度速度快等。快等。 朱明工作室朱明工作室朱明工作室朱明工作室朱明工作室朱明工作室进入进入CAN-BUS朱明工作室朱明工作室了解了解CAN-BUSn LAN (Local Area Network)是微是微机网络中的一种类型，机网络中的一种类型，CAN只是只是LAN中的中的高速网络协议之一。高速网络协议之一。 朱明工作室朱明工作室汽车控制局域网的分类汽车控制局域网的分类n中中n中中n
39、低低n成本成本n40m40mn40m40m（典型）（典型）n40m40mn总线总线最最n大长大长度度n1Mb/s1Mb/sn（250kb/s250kb/s）n10101250kb/s1250kb/sn20kb/s20kb/sn位速位速率率n双绞线双绞线n双绞线双绞线n单根线单根线n介质介质n控制、诊断控制、诊断n控制、诊断控制、诊断n智能传感智能传感器器n用途用途nC C类类nB B类类nA A类类n类别类别朱明工作室朱明工作室B类网络系统与类网络系统与C类网络系统类网络系统朱明工作室朱明工作室CAN-BUS 各级别各级别(C)举例举例电子器件及项目电子器件及项目位位启用启用频率频率（HzHz
40、）等等级级源于何种系统源于何种系统信号类信号类型型传输速率传输速率（bpsbps）碰撞传感器碰撞传感器1616200200C C汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型1280012800车速控制信号车速控制信号1616200200C C巡航控制系统巡航控制系统监控型监控型1280012800轮速传感器轮速传感器1616200200C C汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型1280012800火花塞输出正时信号火花塞输出正时信号1616200200C C动力控制模块动力控制模块监控型监控型1280012800防抱死制动防抱死制动ABSABS的泵速度的泵速度控制控制1616200200C C汽车安全
41、系统汽车安全系统监控型监控型1280012800曲轴位置传感器曲轴位置传感器 1616200200C C点火控制模块点火控制模块传感型传感型1280012800加速踏板位置信号传感器加速踏板位置信号传感器1616200200C C牵引力控制系统牵引力控制系统传感型传感型1280012800液压转向助力液压转向助力1616200200C C电控液压助力系电控液压助力系统统传感型传感型1280012800ABSABS的泵速度控制的泵速度控制1616200200C C汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型1280012800朱明工作室朱明工作室CAN-BUS 各级别各级别(B)举例举例电子器件及项目电
42、子器件及项目位位启用启用频率频率（HzHz）等等级级源于何种系统源于何种系统信号类信号类型型传输速率传输速率（bpsbps）气缸识别传感器气缸识别传感器16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200点火诊断监测器点火诊断监测器16165050B B点火控制模块点火控制模块监控型监控型32003200手动控制感位置手动控制感位置16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200废气加热氧传感器废气加热氧传感器16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200空气流量传感器空气流量传感器16165050B B动力控制模块动
43、力控制模块传感型传感型32003200节气门位置传感器节气门位置传感器16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200发动机转速发动机转速16165050B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型32003200蓄电池电压蓄电池电压16161010B B点火控制模块点火控制模块传感型传感型640640空调压缩机离合器空调压缩机离合器16161010B B动力控制模块动力控制模块传感型传感型640640朱明工作室朱明工作室CAN-BUS 各级别各级别(A)举例举例电子器件及项目电子器件及项目位位启用启用频率频率（HzHz）等等级级源于何种系统源于何种系统信号类信号类型型
44、传输速率传输速率（bpsbps）悬架状态悬架状态16161 1A A空气悬架空气悬架监控型监控型6464车外温度车外温度161A空调控制系统空调控制系统传感型传感型6464风扇速度控制风扇速度控制161A空调控制系统空调控制系统监控型监控型6464设定设定/加速加速/复速复速161A巡航控制系统巡航控制系统传感型传感型6464点火开关位置点火开关位置161A仪表板显示系统仪表板显示系统传感型传感型6464电动座椅电动座椅161A汽车安全系统汽车安全系统传感型传感型6464燃油油平面高度传感器燃油油平面高度传感器161A点火控制模块点火控制模块传感型传感型6464辛烷值调节塞辛烷值调节塞161A
45、动力控制模块动力控制模块传感型传感型6464EGREGR真空调节器真空调节器161A动力控制模块动力控制模块监控型监控型6464朱明工作室朱明工作室如此多的信息，如此多的信息，CAN-BUS是如是如何解决的？何解决的？朱明工作室朱明工作室第二章第二章 CAN-BUS局域网工作局域网工作过程过程朱明工作室朱明工作室第一节第一节 CAN-BUS局域网的基局域网的基本系统本系统控制单元控制单元A控制单元控制单元B控制单元控制单元C朱明工作室朱明工作室信息如何交换信息如何交换控制单元控制单元A控制单元控制单元B控制单元控制单元C发动机转速00010101发动机转速00010101发动机转速000101
46、01并行信息连续的比特流朱明工作室朱明工作室一、CAN的基本组成图3-19CAN的基本组成朱明工作室朱明工作室一、CAN的基本组成图3-20CAN接线80C51单片机SJA1000CAN控制器PCA2C250CAN收发器朱明工作室朱明工作室 CAN-BUS局域网元件的功能局域网元件的功能微处理器微处理器带有时间换算带有时间换算的的CAN区区故障记录CAN-BUS收发器收发器接收区接收区接收邮箱接收邮箱CAN构件构件1.电控电控单元单元K线线/诊断线诊断线发送区发送区发送邮箱发送邮箱输入储存输出储存朱明工作室朱明工作室1.电控单元图3-21CAN网络框架朱明工作室朱明工作室1.电控单元电控单元n
47、 控制单元接收来自传感器的信号，控制单元接收来自传感器的信号，将其处理后再发送到执行元件上。控制单将其处理后再发送到执行元件上。控制单元接收到的传感器值会被定期查询并按顺元接收到的传感器值会被定期查询并按顺序存入输入存储器。处理后的结果存入输序存入输入存储器。处理后的结果存入输出存储器，然后传递给各个执行元件。为出存储器，然后传递给各个执行元件。为了能够处理了能够处理CAN信息，各控制单元内还有信息，各控制单元内还有一个一个CAN存储区，用于容纳接收到和要发存储区，用于容纳接收到和要发送的信息。送的信息。朱明工作室朱明工作室1.电控单元图3-22带有CAN收发功能的电控单元内部结构朱明工作室朱
48、明工作室CAN构件构件n CAN构件用于数据交换，构件用于数据交换，n它分为两个区，一个接收区，一个发送区。它分为两个区，一个接收区，一个发送区。n 该构件一般集成在控制单元的微控制器芯片该构件一般集成在控制单元的微控制器芯片内。内。朱明工作室朱明工作室2. CAN控制器CAN控制器由一块可编程芯片上的逻辑电路组成，实现通信控制器由一块可编程芯片上的逻辑电路组成，实现通信模型中物理层和数据链路层的功能，并对外提供与电控单元模型中物理层和数据链路层的功能，并对外提供与电控单元的物理接口。的物理接口。通过对通过对CAN控制器编程，可设置其工作方式，控制其工作状控制器编程，可设置其工作方式，控制其工
49、作状态，进行数据发送和接收，以它为基础建立应用层。态，进行数据发送和接收，以它为基础建立应用层。朱明工作室朱明工作室3. CAN收发器收发器n 收发器就是一个发送收发器就是一个发送-接收放大器，它把接收放大器，它把CAN构件连续的构件连续的比特流比特流(逻辑电平逻辑电平)转换成转换成电压值电压值(线路传输电线路传输电平平)，或反之。，或反之。n 收发器通过收发器通过TX-线线(发送导线发送导线)或或RX-线线(接收导线接收导线)与与CAN构件相连。构件相连。n RX-线通过一个放大器直接与线通过一个放大器直接与CAN总线相连，总总线相连，总在监听总线信号。在监听总线信号。n TX线与总线通过一
50、个线与总线通过一个断路式集流器断路式集流器电路来进行耦电路来进行耦合。合。(见下图见下图)朱明工作室朱明工作室3. CAN收发器图3-23与TX线耦合的收发器朱明工作室朱明工作室3. CAN收发器表3-8收发器的特点状态状态晶体管晶体管是否有源是否有源电阻状态电阻状态总线电平总线电平1截止状态截止状态(开开关未接合关未接合)无源无源高高10接通状态接通状态(开开关接合关接合)有源有源低低0朱明工作室朱明工作室收发器工作情况收发器工作情况RXTX+5V总线导线状态状态晶体管晶体管电阻状电阻状态态总线电总线电平平1 1截止状态截止状态( (开关未结合开关未结合) )无源无源高高1 10 0导通导通
51、( (开关结合开关结合) )有源有源低低0 0朱明工作室朱明工作室三个收发器接到一根总线导线上三个收发器接到一根总线导线上+5V+5V+5V总线导线(0V)收发器A收发器B收发器C收发器收发器A A收发器收发器B B收发器收发器C C总线导线总线导线1111(5V)1100(0V)1010(0V)1000(0V)0110(0V)0100(0V)0010(0V)0000(0V)朱明工作室朱明工作室4.数据传递终端(1)分离终端分离终端 (2)多终端多终端 (3)单终端单终端 (4)非匹配终端非匹配终端朱明工作室朱明工作室(1)分离终端图3-25分离终端连接方式朱明工作室朱明工作室(2)多终端图3
52、-26多终端连接方式朱明工作室朱明工作室(3)单终端在某些情况下，仅仅只有一个终端电阻在某些情况下，仅仅只有一个终端电阻(124或或62)位于位于主节点中。主节点中。从从CAN位定时要求方面考虑，系统配置应确保安全。位定时要求方面考虑，系统配置应确保安全。采用单终端接法的网络总线长度将小于正常终端接法总线采用单终端接法的网络总线长度将小于正常终端接法总线长度的长度的50。朱明工作室朱明工作室(4)非匹配终端该接法使终端电阻与线路的特性阻抗不匹配，以减少对线路该接法使终端电阻与线路的特性阻抗不匹配，以减少对线路双绞的要求，在同等配置下可增加驱动能力或降低功耗。双绞的要求，在同等配置下可增加驱动能
53、力或降低功耗。其终端电阻阻值高于电缆的特性阻抗值，要求系统配置能确其终端电阻阻值高于电缆的特性阻抗值，要求系统配置能确保安全。保安全。与采用标准终端接法相比，当终端电阻增大时，相应的总线与采用标准终端接法相比，当终端电阻增大时，相应的总线延时会急剧增加，位速率急剧降低。延时会急剧增加，位速率急剧降低。朱明工作室朱明工作室5. CAN总线图3-27CAN数据传输线朱明工作室朱明工作室二、数据传输原理1.信息格式转换与请求发送信息信息格式转换与请求发送信息2.发送开始发送开始(总线空闲判断总线空闲判断)3.发送信息发送信息4.接收过程接收过程5.位仲裁位仲裁朱明工作室朱明工作室图3-28CAN数据
54、格式1.信息格式转换与请求发送信息朱明工作室朱明工作室二、数据传输原理n1.信息传递格式：信息传递格式：标识标识: :( (标识符标识符1111位位) )用于识别信息用于识别信息信息内容信息内容: :数字区最大数字区最大8 8位位包含信息的内容包含信息的内容1616位位CRCCRC校验校验 数据安全的校验和数数据安全的校验和数确认确认(2(2位数据收到信号位数据收到信号) )朱明工作室朱明工作室2.传递过程传递过程发发送送开开始始发送发送信息信息查询总线查询总线是否空闲是否空闲检查信息检查信息是否正确是否正确检查信息检查信息是否可用是否可用CRC校验校验需要需要该信该信息息接接收收信信息息朱明
55、工作室朱明工作室发动机发动机控制单元控制单元输入储存输出储存ABS控制单元控制单元输入储存输出储存组合仪表组合仪表控制单元控制单元输入储存RXTXRXTXRXTX发动机转速发动机转速朱明工作室朱明工作室2.发送开始(总线空闲判断)图3-29总线空闲判断朱明工作室朱明工作室3.发送信息图3-30发送信息朱明工作室朱明工作室4.接收过程图3-31信息接收朱明工作室朱明工作室4.接收过程1)第一步：检查信息是否正确第一步：检查信息是否正确(监控层监控层)。2)第二步：检查信息是否可用第二步：检查信息是否可用(接收层接收层)。朱明工作室朱明工作室1)第一步：检查信息是否正确(监控层)。图3-32确认位
56、(应答场)朱明工作室朱明工作室1)第一步：检查信息是否正确(监控层)。图3-33监控层工作原理(所有电控单元)朱明工作室朱明工作室2)第二步：检查信息是否可用(接收层)。图3-34接收层工作原理(组合仪表电控单元)朱明工作室朱明工作室5.位仲裁(1)位仲裁的特点位仲裁的特点 (2)位仲裁实施过程位仲裁实施过程朱明工作室朱明工作室如何避免数据冲突如何避免数据冲突n 如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总线上就必然会发生线上就必然会发生数据冲突数据冲突，为了避免这种状况，为了避免这种状况，CAN-BUS采取采取仲裁方法仲裁方法来处理这类来处理这类 冲突。冲
57、突。朱明工作室朱明工作室(1)位仲裁的特点对数据进行实时处理时，必须快速传送数据，因此，要求数据对数据进行实时处理时，必须快速传送数据，因此，要求数据的物理传输通路有较高的速度。的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要发送数据时，要求快速地进行总线分配。在几个站同时需要发送数据时，要求快速地进行总线分配。CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，最低二进制数的标识符具有最高的优先级。位标识符中，最低二进制数的标识符具有最高的优先级。朱明工作室朱明工作室标标识识符符仲仲裁裁过过程程TX位数：位数：1 2 3 4 5
58、6 7 8信息：信息：1 0 1 0 1 0 1 0RX发动机发动机控制单元控制单元TXRXABS控制单元控制单元信息：信息：1 0 1 0 1 0 1 1TXRX组合仪表组合仪表控制单元控制单元信息：信息：1 0 1 1 1 1 1 1数据总线数据总线信息：信息：1 0 1 0 1 0 1 0有有分配功能并保持分配功能并保持在在发送发送模式模式无无分配功能并进入分配功能并进入接收接收模式模式无无分配功能并进入分配功能并进入接收接收模式模式标识符中的号码越小，表示该信息越重要。这种方法称之为仲裁。标识符中的号码越小，表示该信息越重要。这种方法称之为仲裁。朱明工作室朱明工作室信息仲裁过程信息仲裁
59、过程标识符标识符二进制二进制十六进制十六进制发动机发动机_1010 1000 0000280制动制动010 1010 00001A0仪表仪表011 0010 0000320转向角传感器转向角传感器_1000 1100 00000C2自动变速器自动变速器_1100 0100 0000440数字最小的数字最小的(前面的前面的“0”最多最多)，优先级越高。，优先级越高。朱明工作室朱明工作室第四节第四节CAN主要部件的结构原理主要部件的结构原理一、一、CAN控制器控制器二、二、CAN收发收发器器朱明工作室朱明工作室一、CAN控制器1. CAN独立控制器独立控制器SJA10002. CAN集成电控单元集
60、成电控单元P8xC591朱明工作室朱明工作室1. CAN独立控制器SJA1000(1)SJA1000的特点的特点(2)SJA1000的结构的结构 (3)SJA1000的工作模式的工作模式朱明工作室朱明工作室(1)SJA1000的特点n1)与与PCA82C200独立的独立的CAN控制器端子兼容、电气兼容，控制器端子兼容、电气兼容，具有具有PCA82C200模式，即默认的模式，即默认的BasicCAN模式。模式。n2)扩展的接收缓冲器为扩展的接收缓冲器为64B，先进先出，先进先出(FIFO)。n3)与与CAN 2.OB协议兼容协议兼容(PCA82C200兼容模式中的无源扩兼容模式中的无源扩展结构展
61、结构)，同时支持，同时支持11位和位和29位识别码位识别码n4)位速率可达位速率可达1Mbits。n5)24MHz时钟频率。时钟频率。n6)对应不同电控单元的接口。对应不同电控单元的接口。朱明工作室朱明工作室n7)可编程的可编程的CAN收发器配置。收发器配置。n8)温度适应范围扩大温度适应范围扩大(-40+125)。n9)PeliCAN模式扩展功能包括：可读写访问的错误计数器，模式扩展功能包括：可读写访问的错误计数器，可编程的错误报警限制寄存器，最近一次错误代码寄存器，可编程的错误报警限制寄存器，最近一次错误代码寄存器，对每一个对每一个CAN总线错误的中断，具体控制位控制的仲裁丢总线错误的中断
62、，具体控制位控制的仲裁丢失中断，单次发送无重发，只听模式失中断，单次发送无重发，只听模式(无确认、无活动的无确认、无活动的出错标志出错标志)，支持热插拔，支持热插拔(软件位速率检测软件位速率检测)，接收过滤器，接收过滤器扩展扩展(4B代码、代码、4B屏蔽屏蔽)和自身报文接收和自身报文接收(自接收请求自接收请求)。(1)SJA1000的特点朱明工作室朱明工作室(2)SJA1000的结构图3-36SJA1000结构框图朱明工作室朱明工作室(2)SJA1000的结构图3-37SJA1000插接器端子布置朱明工作室朱明工作室(2)SJA1000的结构图3-38SJA1000在CAN中的布置朱明工作室朱
63、明工作室(3)SJA1000的工作模式1)BasicCAN模式2)PeliCAN模式3)命令寄存器4)主要电气参数朱明工作室朱明工作室1)BasicCAN模式 BasicCAN地址分配。SJA1000的地址区包括控制段和报文缓冲区。控制段的初始化载入是通过被编程配置通信参数(如，位时序)，单片机通过控制段控制CAN总线通信。初始化时，CLKOUT信号被单片机编程指定一个值。 寄存器复位模式配置。检测到有复位请求后，将终止当前接收发送的报文而进入复位模式。当向复位位传送了“1-0”的下降沿，CAN控制器将返回工作模式。寄存器复位值见表3-13。 控制寄存器(CR)。控制寄存器的内容用于改变CAN
64、控制器的行为，这些位被单片机设置或复制，并对控制寄存器进行读/写操作。控制寄存器各位的功能说明见表3-14。朱明工作室朱明工作室n 命令寄存器命令寄存器(CMR)。命令位初始化。命令位初始化SJA1000传输层上传输层上的动作。命令寄存器只写存储器，若读该地址，返回值为的动作。命令寄存器只写存储器，若读该地址，返回值为1111 1111。两条命令之间至少有一个内部时钟周期，。两条命令之间至少有一个内部时钟周期，内部时钟的频率是外部振荡频率的内部时钟的频率是外部振荡频率的1/2。命令寄存器各位。命令寄存器各位的功能说明见表的功能说明见表3-15。n 状态寄存器状态寄存器(SR)。状态寄存器的内容
65、反映。状态寄存器的内容反映SJA1000的的状态，为只读存储器。状态寄存器各位的功能说明见表状态，为只读存储器。状态寄存器各位的功能说明见表3-16。n 中断寄存器中断寄存器(IR)。中断寄存器允许中断源识别，为只。中断寄存器允许中断源识别，为只读存储器。读存储器。n 发送缓冲区列表。发送缓冲区列表见表发送缓冲区列表。发送缓冲区列表见表3-18。缓冲器。缓冲器用于存储单片机要用于存储单片机要SJA1000发送的信息，分为描述符区发送的信息，分为描述符区和数据区。和数据区。1)BasicCAN模式朱明工作室朱明工作室n 接收缓冲器。接收缓冲器是接收缓冲器。接收缓冲器是RXFIFO中可访问中可访问
66、的部分，位于的部分，位于CAN地址的地址的2029之间，其全部之间，其全部列表与发送缓冲器类似。列表与发送缓冲器类似。RXFIFO共有共有64B的信的信息空间息空间(接收缓冲器当前的可用信息是信息接收缓冲器当前的可用信息是信息1)，如，如图图3-39所示。所示。n 验收滤波器。在验收滤波器的帮助下，验收滤波器。在验收滤波器的帮助下，CAN控控制器允许制器允许RXFIFO只接收与识别码和验收滤波器只接收与识别码和验收滤波器中预设值一致的信息。验收滤波器通过验收代码中预设值一致的信息。验收滤波器通过验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器定义。寄存器和验收屏蔽寄存器定义。1)BasicCAN模式朱明工作室朱
67、明工作室图3-39RXFIFO中的报文存储1)BasicCAN模式朱明工作室朱明工作室表3-19ACR的位分配(CAN地址4)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0AC7AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC01)BasicCAN模式朱明工作室朱明工作室2)PeliCAN模式模式n PeliCAN地址列表地址列表n 模式寄存器模式寄存器(MOD)n 命令寄存器命令寄存器(CMR)n 状态寄存器状态寄存器n 中断寄存器中断寄存器n 中断使能寄存器中断使能寄存器(IER)n 仲裁丢失捕捉寄存器仲裁丢失捕捉寄存器(ALC)n 错误代码捕捉寄存器错误代码捕捉寄存器(ECC)
68、n 错误报警限制寄存器错误报警限制寄存器(EMLR)n RX出错计数寄存器出错计数寄存器(RXERR)朱明工作室朱明工作室（11）TX出错计数寄存器出错计数寄存器(TXERR)（12）发送缓冲器的描述符区）发送缓冲器的描述符区（13）接收缓冲器）接收缓冲器（14）验收滤波器）验收滤波器（15）RX信息计数器（信息计数器（RMC）(16)RX缓冲器起始地址寄存器缓冲器起始地址寄存器(RBSA)2)PeliCAN模式模式朱明工作室朱明工作室 PeliCAN地址列表地址列表nCAN控制寄存器的内部寄存器以外部寄存控制寄存器的内部寄存器以外部寄存器的形式存在，而作为片内内存使用。由器的形式存在，而作为
69、片内内存使用。由于于CAN控制器可工作在不同模式控制器可工作在不同模式(工作复工作复位位)，因此必须区分不同的内部地址定义。，因此必须区分不同的内部地址定义。从从CAN地址地址32开始所有的内部开始所有的内部RAM80B被被映像为映像为CPU的接口。的接口。PeliCAN的地址分配的地址分配见表见表3-21。朱明工作室朱明工作室 模式寄存器模式寄存器(MOD)n模式寄存器用于改变模式寄存器用于改变CAN控制器的行为方控制器的行为方式，式，CPU将控制寄存器作为读将控制寄存器作为读/写寄存器，写寄存器，可设置这些位，保留位读值为逻辑可设置这些位，保留位读值为逻辑0。朱明工作室朱明工作室表3-23
70、模式寄存器的复位值位符号位符号MOD7SMAFMSTMLOMRM硬件复位硬件复位值值0（保留）（保留） 0（唤醒）（唤醒） 0（双向）（双向） 0（正常）（正常） 0（正常）（正常） 1（当前）（当前）软件置软件置MOD0=1或总线关或总线关闭闭0（保留）（保留） 0（唤醒）（唤醒） 模式寄存器(MOD)朱明工作室朱明工作室 命令寄存器(CMR)表3-24命令寄存器各位的功能说明(地址1)位位符号符号名称名称值值功能功能CMR.5CMR.7保留保留CMR.4SRR自接收请自接收请1当前：信息当前：信息可以被同时发可以被同时发送和接收送和接收0空缺空缺CMR.3CDO清除数据清除数据溢溢1清除：
71、数据清除：数据溢出状态位被溢出状态位被清除清除0无动作无动作朱明工作室朱明工作室表3-24命令寄存器各位的功能说明(地址1)位位符号符号名称名称值值功能功能CMR.2RR释放接收缓释放接收缓冲冲1释放：接收释放：接收缓冲器缓冲器（RXFIFO）中）中当前呈现的报当前呈现的报文的储存空间文的储存空间0无动作无动作CMR.1AT终止发终止发1当前：如果当前：如果不是正在处理，不是正在处理，将取消等待中将取消等待中的发送请求的发送请求0空缺空缺CMR.0TR发送请发送请1当前：报文当前：报文被发送被发送0空缺：无动空缺：无动作作 命令寄存器(CMR)朱明工作室朱明工作室表3-25命令寄存器的复位值位
72、符号位符号MOD75SRRCDORRBATTR硬件复硬件复位位值值0（保（保留）留）0（空（空缺）缺）0（无（无动作）动作）0（无（无动作）动作）0（空（空缺）缺）0（空（空缺）缺）软件置软件置MOD0=1或总线或总线关闭关闭0（保（保留）留）0（空（空缺）缺）0（无（无动作）动作）0（无（无动作）动作）0（空（空缺）缺） 命令寄存器(CMR)朱明工作室朱明工作室表3-27状态寄存器的复位值与含义位符号位符号BSESTSRSTCSTBSDOSRBS硬件硬件复位复位值值0(总总线线开启开启)0(OK)1(等等待待空闲空闲)0(等等待待空闲空闲)1(完完成成)1(释释放放)0(空空缺缺)0(空空)
73、软件软件置置MOD0=1或总或总线关线关闭闭1(等等待待空闲空闲)0(等等待待空闲空闲)1(释释放放)0(空空缺缺) 状态寄存器朱明工作室朱明工作室 中断寄存器中断寄存器n中断寄存器用于识别中断源，为只读存储中断寄存器用于识别中断源，为只读存储器。当寄存器的一位或多位被置器。当寄存器的一位或多位被置1时，将时，将CAN中断通知中断通知CPU，CPU将除接收中断位将除接收中断位外的所有位复位。外的所有位复位。朱明工作室朱明工作室 中断使能寄存器(IER)中断使能寄存器使不同类型的中断源对CPU有效，为可读/写存储器。中断使能寄存器各位的功能见表3-29。朱明工作室朱明工作室 仲裁丢失捕捉寄存器(
74、ALC)图3-40仲裁丢失位说明朱明工作室朱明工作室表3-30仲裁丢失捕捉寄存器各位的功能说明(CAN地址11)位位符号符号名称名称值值 与与 功功 能能ALC5ALC7保留保留ALC0ALC4，这，这5位的编位的编码数值对应仲裁丢失的位置，如码数值对应仲裁丢失的位置，如00010对应仲裁丢失在标识码的对应仲裁丢失在标识码的BIT3；01010对应仲裁丢失在标识对应仲裁丢失在标识码的码的BIT11ALC4BITN04第第4位位ALC3BITN03第第3位位ALC2BITN02第第2位位ALC1BITN01第第1位位ALC0BITN00第第0位位 仲裁丢失捕捉寄存器(ALC)朱明工作室朱明工作室
75、 错误代码捕捉寄存器(ECC)表3-31错误代码捕捉寄存器各位的功能说明(CAN地址12)位位符号符号名称名称值值功能功能ECC7ERRC1错误代码错误代码1ECC6ERRC0错误代码错误代码0ECC5DIR方向方向1RX：接收：接收时发生的错误时发生的错误0TX：发送：发送时发生的错误时发生的错误ECC4SEG4段段4位位ECC0ECC4组组合编码具有不合编码具有不同的功能，见同的功能，见表表332位位ECC.0ECC.4组合组合编码具有不编码具有不同的功能，同的功能，见表见表3-32ECC3SEG3段段3ECC2SEG2段段2ECC1SEG1段段1ECC0SEG0段段0朱明工作室朱明工作室
76、 错误报警限制寄存器(EMLR)表3-33错误报警限制寄存器各位的功能说明(CAN地址13)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0EMLR7EMLR6EMLR5EMLR4EMLR3EMLR2EMLR1EMLR0朱明工作室朱明工作室 RX出错计数寄存器(RXERR)表3-34RXERR各位的功能说明(CAN地址14)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0RXERR7RXERR6RXERR5RXERR4RXERR3RXERR2RXERR1RXERR0朱明工作室朱明工作室（11）TX出错计数寄存器(TXERR)表3-35TXERR各位的功能说明(C
77、AN地址15)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0TXERR7TXERR7TXERR7TXERR7TXERR7TXERR7TXERR7TXERR7朱明工作室朱明工作室（12）发送缓冲器的描述符区图3-41标准帧和扩展帧格式配置在发送缓冲器中的列表朱明工作室朱明工作室表3-36TX帧信息(SFF)(CAN地址16)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0FRTDLCDLCDLCDLC（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室表3-37TX识别码1(SFF)(CAN地址17)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0I
78、D28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID21（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室表3-38TX识别码2(SFF)(CAN地址18)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ID20ID19ID18（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室表3-39TX帧信息(EFF)(CAN地址16)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0FRTDLCDLCDLCDLC（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室表3-40TX识别码1(EFF)(CAN地址17)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0
79、ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID21（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室表3-41TX识别码2(EFF)(CAN地址18)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ID20ID19ID18ID17ID16ID15ID14ID13（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室表3-42TX识别码3(EFF)(CAN地址19)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ID12ID11ID10ID9ID8ID7ID6ID5（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室表3-43TX识别码4(EFF)(CAN地址2
80、0)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ID4ID3ID2ID1ID0（12）发送缓冲器的描述符区朱明工作室朱明工作室（13）接收缓冲器图3-42RXFIFO中的信息存储注：接收缓冲器中当前的可用信息是信息1。朱明工作室朱明工作室（14）验收滤波器图3-43接收标准帧报文时的单个滤波器配置朱明工作室朱明工作室图3-44接收扩展帧报文时的单个滤波器配置（14）验收滤波器朱明工作室朱明工作室（15）RX信息计数器（RMC）图3-45接收标准帧报文的双滤波器配置朱明工作室朱明工作室(16)RX缓冲器起始地址寄存器(RBSA)图3-46接收扩展帧报文的双滤波器配置朱明工作室
81、朱明工作室3)命令寄存器命令寄存器n 总线定时寄存器总线定时寄存器0(BTR0)n 总线定时寄存器总线定时寄存器1(BTR1)n SJA1000的的BRP计算计算n 输出控制寄存器输出控制寄存器(OCR)n 时钟分频寄存器时钟分频寄存器(CDR)朱明工作室朱明工作室 总线定时寄存器总线定时寄存器0(BTR0)表3-55BTR0各位的功能说明(CAN地址6)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SJW1SJW0BRP5BRP4BRP3BRP2BRP1BRP0朱明工作室朱明工作室表3-56BTR1各位的功能说明(CAN地址7)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT
82、2BIT1BIT0SAMTSEG22TSEG21TSEG20TSEG13TSEG12TSEG11TSEG10 总线定时寄存器1(BTR1)朱明工作室朱明工作室表3-57采样位的功能说明位位值值功能功能SAM13倍：总线采样倍：总线采样3次；次；使用低使用低/中速总线（中速总线（A类类和和B类），有利于过滤类），有利于过滤总线上的毛刺波总线上的毛刺波0单倍：总线采样一次；单倍：总线采样一次；用于高速总线（用于高速总线（C类）类） 总线定时寄存器1(BTR1)朱明工作室朱明工作室图3-47一个位周期的整体结构 总线定时寄存器1(BTR1)朱明工作室朱明工作室 SJA1000的的BRP计算计算n1个
83、系统时钟个系统时钟n1个位周期个位周期n则则n设置设置BTR0和和BTR1参数后，实际传输的波参数后，实际传输的波特率范围特率范围朱明工作室朱明工作室表3-58OCR各位的功能说明(CAN地址8)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0OCTP1OCTN1OCPOL1OCTP0OCTN0OCPOL0OCMODE1OCMODE0 输出控制寄存器(OCR)朱明工作室朱明工作室图3-48收发器的输入/输出控制逻辑 输出控制寄存器(OCR)朱明工作室朱明工作室表3-59OCMODE位的说明OCMODE1OCMODE0说明说明00双向输出模式双向输出模式01测试输出模测试输出模1
84、0正常输出模式正常输出模式11时钟输出模式时钟输出模式 输出控制寄存器(OCR)朱明工作室朱明工作室图3-49时钟输出模式图3-50双相输出时序配置(输出控制寄存器为F8H) 输出控制寄存器(OCR)朱明工作室朱明工作室表3-60输出端子配置驱动驱动TXDOCTPXOCTNXOCPOLKTPTNTX悬空悬空00关关关关悬空悬空上拉上拉0010关关开开低低1010关关关关悬空悬空0011关关关关悬空悬空1011关关开开低低下拉下拉0100关关关关悬空悬空1100开开关关高高0101开开关关高高1101关关关关悬空悬空上拉上拉0110关关开开低低1110开开关关高高0111开开关关高高1111关关
85、开开低低 输出控制寄存器(OCR)朱明工作室朱明工作室 时钟分频寄存器(CDR)表3-61CDR各位的功能说明(CAN地址31)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0CAN模模式式CBPRXINTEN关闭时关闭时钟钟CD2CD1CD0朱明工作室朱明工作室 时钟分频寄存器(CDR)表3-62频率选择CD2CD1CD0时时 钟钟 频频 率率000/2001/4010/6011/8100/10101/12110/14111朱明工作室朱明工作室2.括号中是功能说明。表3-63SJA1000的主要电气参数参数参数条件条件最小值最小值最大值最大值电源电压（）电源电压（）/V455
86、5除除TX0和和TX1之之外所有端子的输入外所有端子的输入/输出电流输出电流（/）/mA4TX0和和TX1共消共消耗电流耗电流（Sink）/mA30TX0和和TX1源电源电流之和流之和（Souce）/mA-20操作环境温度操作环境温度（）（）/-40125储存温度储存温度（）（）/-65150朱明工作室朱明工作室4)主要电气参数主要电气参数nSJA1000的主要电气参数见表的主要电气参数见表3-63。朱明工作室朱明工作室2. CAN集成电控单元P8xC591(1)硬件构成及其功能硬件构成及其功能 (2)存储系统存储系统朱明工作室朱明工作室(1)硬件构成及其功能图3-51P8xC591功能框图朱
87、明工作室朱明工作室(2)存储系统1)程序存储器程序存储器2)数据存储器数据存储器3)I/O结构结构朱明工作室朱明工作室1)程序存储器程序存储器nP8xC591包含包含16KB内部程序存储器，可内部程序存储器，可使用外部存储器扩展到使用外部存储器扩展到64KB。当。当EA为高为高电平时，电平时，P8xC591从内部从内部ROM读取地址，读取地址，除非地址超过除非地址超过3FFFH。地址。地址4000HFFFFH取自外部程序存储器。取自外部程序存储器。EA在复位时在复位时锁存，复位之后不用考虑。对于锁存，复位之后不用考虑。对于ROM和和EPROM的的P8xC591，器件执行防范措施，器件执行防范措
88、施，以确保不会被非法的程序存储器读取。以确保不会被非法的程序存储器读取。朱明工作室朱明工作室2)数据存储器数据存储器n分分4个独立部分，即低个独立部分，即低128B RAM(地址地址00H7FH，可直接和间接寻址，可直接和间接寻址)、高、高128B RAM(地址地址80HFFH，为间接寻址，为间接寻址)、128B特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR，地址，地址80HFFH，只能直接寻址，只能直接寻址)和和256B辅助辅助AUX-RAM(地址地址00HFFH)，通过，通过MOVX间接间接寻址且寻址且EXTRAM位清零。位清零。朱明工作室朱明工作室3)I/O结构结构 P0与与80C51电控单元功能
89、相同。复位后，电控单元功能相同。复位后，P0口特殊功能口特殊功能寄存器为寄存器为FFH。P0还提供复用的低位地址和数据总线，还提供复用的低位地址和数据总线，用于扩展用于扩展P8xC591的标准存储器和外围设备。的标准存储器和外围设备。n P1支持几种可选功能，具有不同的支持几种可选功能，具有不同的I/O状态。在复位状态。在复位后，后，P1.0和和P1.1为高电平，而为高电平，而P1.2P1.7为高阻态为高阻态(三三态态)。n P2与与80C51电控单元功能相同。复位后，电控单元功能相同。复位后，P1口特殊口特殊功能寄存器为功能寄存器为FFH；P2还提供复用的高位地址和数据总还提供复用的高位地址
90、和数据总线，用于扩展线，用于扩展P8xC591电控单元功能的外部存储器和域电控单元功能的外部存储器和域外部数据存储器。外部数据存储器。n P3与与80C51电控单元功能相同。复位后电控单元功能相同。复位后,P3口特殊功口特殊功能寄存器为能寄存器为FFH。朱明工作室朱明工作室二、CAN收发器1.CAN收发器收发器PCA82C2502. CAN收发器收发器TJA10403. PCA82C250/251与与TJA1040、TJA1050的比较和升的比较和升级级4.工作模式工作模式5.互操作性互操作性6.硬件问题硬件问题朱明工作室朱明工作室1. CAN收发器PCA82C250(1)PCA82C250的
91、主要特点的主要特点(2)PCA82C250的结构的结构 (3)PCA82C250的工作原理的工作原理朱明工作室朱明工作室(1)PCA82C250的主要特点1)与与ISO 11898标准完全兼容。标准完全兼容。2)高速率高速率(1Mbit/s)。3)采用斜率控制，降低射频干扰采用斜率控制，降低射频干扰(RFI)。4)具有抗汽车环境下的瞬间干扰和保护总线的能力。具有抗汽车环境下的瞬间干扰和保护总线的能力。5)低电流待机模式。低电流待机模式。6)在在24V系统中防止电池对搭铁短路。系统中防止电池对搭铁短路。7)过热保护。过热保护。8)未上电时，节点不会干扰总线。未上电时，节点不会干扰总线。9)总线至
92、少可连接总线至少可连接110个节点。个节点。朱明工作室朱明工作室(2)PCA82C250的结构图3-52CAN收发器PCA82C250朱明工作室朱明工作室(2)PCA82C250的结构表3-64PCA82C250基本性能参数参数参数条件条件最小值最小值典型值典型值最大值最大值电源电压电源电压（）（）/V4555电源电流电源电流（）（）/mA显性位，显性位，V1=1V70隐性位，隐性位，V1=4V14待机模式待机模式01017CANH、CANL端子直流端子直流电压（）电压（）/V055V-818差动总线电压差动总线电压（V）/VV1=1V1530差动输入电压差动输入电压（隐性值）（隐性值）（）（
93、）/V非待机模式非待机模式-1004朱明工作室朱明工作室(2)PCA82C250的结构表3-64PCA82C250基本性能参数差动输入差动输入电压（显性电压（显性值）（）值）（）/V非待机模式非待机模式1050传播延迟传播延迟（）（）/ ns高速模式高速模式50工作环境工作环境温度（）温度（）/40120朱明工作室朱明工作室(2)PCA82C250的结构表3-65PCA82C250端子功能符号符号端子端子功能功能TXD1发送数据输入发送数据输入GND2搭铁搭铁3电源电压电源电压RXD4接收数据输入接收数据输入5参考电压输出参考电压输出CANL6低电平低电平CAN电压输入电压输入/输出输出CAN
94、H7高电平高电平CAN电压输入电压输入/输出输出8斜率电阻输入斜率电阻输入朱明工作室朱明工作室(3)PCA82C250的工作原理PCA82C250驱动电路内部具有限流电路，可防止发驱动电路内部具有限流电路，可防止发送输出级对电源、搭铁或负载短路。当短路出现时功送输出级对电源、搭铁或负载短路。当短路出现时功耗增加，可避免损坏输出级。若结温超过耗增加，可避免损坏输出级。若结温超过160，则，则两个发送器输出端极限电流将减小。由于发送器是功两个发送器输出端极限电流将减小。由于发送器是功耗的主要部分，因而限制了芯片的温升，器件的其他耗的主要部分，因而限制了芯片的温升，器件的其他部分将继续工作。部分将继
95、续工作。PCA82C250采用双线差分驱动，采用双线差分驱动，有助于抑止汽车在恶劣电气环境下受到的瞬变干扰。有助于抑止汽车在恶劣电气环境下受到的瞬变干扰。朱明工作室朱明工作室2. CAN收发器TJA1040图3-53TJA1040功能框图朱明工作室朱明工作室2. CAN收发器TJA1040表3-68TJA1040端子功能符号符号端子端子功能功能符号符号端子端子功能功能TXD1发送数据发送数据输入输入SPLIT5共模稳压共模稳压输出输出GND2搭铁搭铁CANL6低电平低电平CAN电压电压输入输入/输出输出3电源电压电源电压CANH7高电平高电平CAN电压电压输入输入/输出输出RXD4接收数据接收
96、数据输出输出STB8待机模式待机模式控制输入控制输入朱明工作室朱明工作室2. CAN收发器TJA1040n(1)正常模式收发器通过总线正常模式收发器通过总线CAN-H和和CAN-L发送和接收数据。发送和接收数据。n(2)待机模式发送器和接收器都关闭，只用低待机模式发送器和接收器都关闭，只用低功耗的差动收发器监控总线。功耗的差动收发器监控总线。 n(3)分解网络分解网络为分解网络分解网络为0.5VCC的直流稳压源，的直流稳压源，只在正常模式中接通。只在正常模式中接通。 n(4)唤醒在待机模式中，总线由低功耗的差动唤醒在待机模式中，总线由低功耗的差动比较器监控。比较器监控。朱明工作室朱明工作室n（
97、5)过热检测收发器在过热时会受到保护。若实过热检测收发器在过热时会受到保护。若实际连接点温度超过了际连接点温度超过了165，收发器会被禁止，直到，收发器会被禁止，直到实际连接点温度低于实际连接点温度低于165后，后，TXD才会再一次变成才会再一次变成隐性。因此，收发器的振幅不会受到温度漂移的影隐性。因此，收发器的振幅不会受到温度漂移的影响。响。n(6)TXD显性超时功能当端子显性超时功能当端子TXD由于硬件和由于硬件和/或或软件程序的错误而被持续地置为低电平时，软件程序的错误而被持续地置为低电平时，TXD显显性和斜率定时器电路可防止总线进入持续的显性状性和斜率定时器电路可防止总线进入持续的显性
98、状态态(阻塞所有网络通信阻塞所有网络通信)。 (7)自动防故障功能端子自动防故障功能端子TXD提供了一个向提供了一个向VCC的上拉，当不使用端子的上拉，当不使用端子TXD时，保持隐性电平。端子时，保持隐性电平。端子STB提供了一个向提供了一个向VCC的上的上拉，当不使用端子拉，当不使用端子STB时，使收发器进入待机模式。时，使收发器进入待机模式。2. CAN收发器TJA1040朱明工作室朱明工作室3. PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较和升级(1)PCA82C250/251与与TJA1040、TJA1050的比较的比较 (2)PCA82C250/251、TJA10
99、50和和TJA1040插接器的端子布置插接器的端子布置朱明工作室朱明工作室(1)PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较TJA1040比PCA82C250/251有以下改进：1)若不上电，则总线上完全无源。2)改良的抗电磁干扰(EMI)性能。3)改良的防电磁辐射性能。4)在待机模式时，电流消耗非常低(最大15A)。5)SPLIT端子代替Vref端子，有利于对总线的直流稳压。朱明工作室朱明工作室(2)PCA82C250/251、TJA1050和TJA1040插接器的端子布置图3-54PCA82C250/251、TJA1050和TJA1040插接器的端子布置朱明工作室朱明工
100、作室4.工作模式表3-70工作模式及端子8相应的设置工作模式工作模式特征特征端子端子8的信号电平的信号电平TJA1040PCA82C250/251TJA1050正常（高速）正常（高速） 发送功能发送功能接收功能接收功能低低低或悬空低或悬空低或悬空低或悬空待机待机减小电流减小电流远程唤醒远程唤醒混串音保护混串音保护高或悬空高或悬空高高斜率控制斜率控制可变斜率可变斜率通过通过10k180k连连接接GND静音静音混串音保护混串音保护“只听只听”功能功能高高朱明工作室朱明工作室4.工作模式(1)正常正常(高速高速)模式模式 (2)待机模式待机模式 (3)斜率控制模式斜率控制模式 (4)静音模式静音模式
101、朱明工作室朱明工作室(1)正常(高速)模式对于总线收发器，正常对于总线收发器，正常(高速高速)模式都相同。从模式都相同。从TXD输入的数字位流被转换成相应的模拟总线输入的数字位流被转换成相应的模拟总线信号，同时总线收发器监控总线，将模拟总线信号，同时总线收发器监控总线，将模拟总线信号转换成相应的数字位流从信号转换成相应的数字位流从RXD输出。输出。朱明工作室朱明工作室(2)待机模式PCA82C250/251和和TJA1040提供了一个专用提供了一个专用的待机模式，电流消耗减到最低的待机模式，电流消耗减到最低(如如TJA1040最最大为大为15A，PCA82C250最大为最大为170A)。在。在
102、待机模式中，待机模式中，TJA1040和和PCA82C250/251发发送器完全禁能，送器完全禁能，TJA1040和和PCA82C250/251提供了与提供了与Babbling Idiot节点一致的静音功能。节点一致的静音功能。朱明工作室朱明工作室(3)斜率控制模式只有只有PCA82C250/251提供斜率控制模式。通提供斜率控制模式。通过过RS端子和端子和GND之间的电平连接电阻调整斜率。之间的电平连接电阻调整斜率。TJA1050和和TJA1040的抗电磁干扰性比的抗电磁干扰性比PCA82C250/251提高了提高了20dB，可摆脱共模，可摆脱共模扼流。扼流。朱明工作室朱明工作室(4)静音模
103、式TJA1050提供一个专用的静音模式，发送器完提供一个专用的静音模式，发送器完全禁能，以确保没有信号能从全禁能，以确保没有信号能从TXD发送至总线。发送至总线。如同如同TJA1040待机模式，该静音模式可建立一待机模式，该静音模式可建立一个个Babbling Idiot保护。静音模式中，接收器保护。静音模式中，接收器保持激活状态，可执行保持激活状态，可执行“只听只听”功能。功能。朱明工作室朱明工作室5.互操作性(1)TJA1040和和PCA82C250/C251、TJA1050混合使用混合使用(2)TJA1040和和TJA1041节点混合使用节点混合使用朱明工作室朱明工作室5.互操作性表3-
104、71不同工作模式和不上电情况下的总线偏压收发器收发器条件条件PCA82C250/251TJA1050TJA1040模式模式总线偏总线偏压压模式模式总线偏总线偏压压模式模式总线偏总线偏压压低（端低（端子子8）正常正常Vcc/2正常正常Vcc/2正常正常Vcc/2高（端高（端子子8）待机待机Vcc/2静音静音Vcc/2待机待机GND悬空悬空（端子（端子8）正常正常Vcc/2正常正常Vcc/2待机待机GND不上电不上电GNDGND悬空悬空朱明工作室朱明工作室5.互操作性图3-55TJA1040和PCA82 C250节点总线处于隐性状态的补偿电路朱明工作室朱明工作室(1)TJA1040和PCA82C2
105、50/C251、TJA1050混合使用表3-72不同的总线偏压和补偿电流PCAC250/251和和TJA1050TJA1040所所 有有 模模 式式不上电不上电普通普通/高速高速待机待机不上电不上电朱明工作室朱明工作室(2)TJA1040和TJA1041节点混合使用表3-73TJA1040和TJA1041节点的混合模式TJA1041TJA1040 普通普通/高速高速Pwon待机待机休眠休眠不上电不上电普通普通/高速高速待机待机不上电不上电朱明工作室朱明工作室6.硬件问题图3-56PCA82C250/251的典型应用电路朱明工作室朱明工作室6.硬件问题图3-57TJA1050的典型应用电路朱明工
106、作室朱明工作室6.硬件问题图3-58TJA1040的典型应用电路朱明工作室朱明工作室第五节第五节CAN设计基础设计基础一、一、CAN智能节点设计智能节点设计二、二、CAN网桥设计网桥设计朱明工作室朱明工作室一、CAN智能节点设计1. CAN智能节点硬件设计智能节点硬件设计2. CAN智能节点软件设计智能节点软件设计朱明工作室朱明工作室1. CAN智能节点硬件设计图3-59CAN总线系统智能节点硬件电路朱明工作室朱明工作室2. CAN智能节点软件设计(1)初始化过程初始化过程(2)发送过程发送过程 (3)接收过程接收过程朱明工作室朱明工作室(1)初始化过程SJA1000的初始化只能在复位模式下进
107、行，主的初始化只能在复位模式下进行，主要包括工作方式、接收滤波方式、接收屏蔽寄要包括工作方式、接收滤波方式、接收屏蔽寄存器存器(AMR)和接收代码寄存器和接收代码寄存器(ACR)、波特率、波特率参数和中断允许寄存器参数和中断允许寄存器(IER)的设置等。的设置等。朱明工作室朱明工作室(2)发送过程发送子程序负责节点报文的发送。发送时只需发送子程序负责节点报文的发送。发送时只需将待发送的数据按特定格式组合帧报文，送入将待发送的数据按特定格式组合帧报文，送入SJA1000发送缓存区中，然后启动发送缓存区中，然后启动SJA1000发发送即可。在向送即可。在向SJA1000发送缓存区送报文之前，发送缓
108、存区送报文之前，必须先作一些判断。发送程序分发送数据帧和必须先作一些判断。发送程序分发送数据帧和远程帧两种，远程帧无数据场。远程帧两种，远程帧无数据场。朱明工作室朱明工作室(3)接收过程接收子程序负责节点报文的接收以及其他情况接收子程序负责节点报文的接收以及其他情况的处理，比发送子程序复杂，其原因是在处理的处理，比发送子程序复杂，其原因是在处理接收报文的过程中，要对诸如总线关闭、错误接收报文的过程中，要对诸如总线关闭、错误报警、接收溢出等情况进行处理。报警、接收溢出等情况进行处理。SJA1000报报文的接收主要有中断接收方式和查询接收方式，文的接收主要有中断接收方式和查询接收方式，二者编程思路
109、基本相同。二者编程思路基本相同。朱明工作室朱明工作室二、CAN网桥设计1. CAN网桥硬件电路设计网桥硬件电路设计2. CAN网桥软件设计网桥软件设计朱明工作室朱明工作室1. CAN网桥硬件电路设计图3-60CAN网桥硬件结构朱明工作室朱明工作室2. CAN网桥软件设计(1)主监控程序设计主监控程序设计 (2)接收中断子程序设计接收中断子程序设计(3)发送子程序设计发送子程序设计朱明工作室朱明工作室(1)主监控程序设计图3-61主监控程序流程朱明工作室朱明工作室(2)接收中断子程序设计图3-62网桥第一路接收中断子程序流程朱明工作室朱明工作室(3)发送子程序设计发送子程序进行发送子程序进行FI
110、FO中的数据发送，网桥软件中的数据发送，网桥软件中共有两个发送子程序，分别对应两路中共有两个发送子程序，分别对应两路CAN总总线控制器。发送子程序的调用在主监控程序中线控制器。发送子程序的调用在主监控程序中进行，当主监控程序确认某一路进行，当主监控程序确认某一路CAN总线控制总线控制器非空时，调用发送子程序向另一路发送数据。器非空时，调用发送子程序向另一路发送数据。在发送子程序中，除了将在发送子程序中，除了将FIFO中数据向另一方中数据向另一方发送外，同样发送外，同样FIFO也进行相应的参数调整，包也进行相应的参数调整，包括发送数据指针和括发送数据指针和FIFO中存储数据的有效字节中存储数据的
111、有效字节长度。长度。朱明工作室朱明工作室4.2. 大众、奥迪车大众、奥迪车CAN数据总线简介数据总线简介大众、奥迪车上使用多种CAN数据总线，第一种CAN数据总线是舒适CAN数据总线，传输速率为62.5 Kb/s；第二种是动力CAN数据总线，传输速率是500 Kb/s。目前所有车型都使用动力CAN数据总线。例如，宝来轿车的数据总线系统如图6-2所示。朱明工作室朱明工作室图6-2 宝来轿车的数据总线系统朱明工作室朱明工作室从2000年的车型起，大众、奥迪车开始使用“新型的舒适CAN数据总线和信息CAN数据总线”，其传输速率均为100Kb/s。通过带网关的组合仪表，新型的舒适CAN数据总线和信息C
112、AN数据总线也可以与动力CAN数据总线进行数据交换。朱明工作室朱明工作室1具体分类具体分类根据信号的重复率、产生的数据量和可用性(准备状态)，CAN数据总线系统分为如下三类：(1) 动力CAN数据总线(高速)：速率为500Kb/s，用于将驱动线束上的控制单元联网。(2) 舒适CAN数据总线(低速)：速率为1105b/s，用于将舒适系统中的控制单元联网。(3) 信息CAN总线(低速)：速率为100 Kb/s，用于将收音机、电话和导航系统联网。朱明工作室朱明工作室2所有系统的共性所有系统的共性各系统在数据高速公路上采用同样的交通规则，即“传输协议”。为了保证有很高的抗干扰性(如来自发动机舱)，所有
113、的CAN数据总线都采用双线式系统。将要发送的信号在发送控制单元的收发器内转换成不同的信号电平，并输送到两条CAN导线上，只有在接收控制单元的差动信号放大器内才能建立两个信号电平的差值，并将其作为唯一经过校正的信号继续传至控制单元的CAN接收区。信息CAN数据总线与舒适CAN数据总线的特性是一致的。 朱明工作室朱明工作室3各系统的重要区别各系统的重要区别(1) 动力CAN数据总线通过15号接线柱进行切断，或经过短时无载运行后切断。而舒适CAN数据总线由30号接线柱供电且必须保持随时可用的状态。(2) 为了尽可能降低对供电网产生的负荷，在15号接线柱关闭后，如果总系统不再需要舒适数据总线，那么舒适
114、数据总线就进入所谓的“休眠模式”。(3) 舒适/信息CAN数据总线在一条数据线短路或一条CAN线断路时，可以用另一条线继续工作，这时会自动切换到“单线工作模式”。(4) 动力CAN数据总线的电信号与舒适/信息CAN数据总线的电信号是不同的。朱明工作室朱明工作室4.2.2 大众、奥迪车大众、奥迪车CAN的链路的链路1CAN的导线的导线CAN数据总线是一种双线式数据总线，脉冲频率为100Kb/s(舒适/信息数据总线)或500Kb/s(驱动数据总线)。舒适/信息CAN数据总线也叫低速总线，动力CAN数据总线也叫高速总线。各个CAN系统的所有控制单元都并联在CAN数据总线上。CAN数据总线的两条导线分
115、别叫做CAN-High和CAN-Low线，两条扭绞在一起的导线称为双绞线，如图6-3所示。朱明工作室朱明工作室图6-3 双绞线朱明工作室朱明工作室控制单元之间的数据交换就是通过这两条导线来完成的，这些数据可能是发动机转速、油箱油面高度及车速等。CAN导线的基色为橙色。对于动力CAN数据总线来说，CAN-High线上还多加了黑色作为标志色；对于舒适CAN数据总线来说，CAN-High线上的标志色为绿色；对于信息CAN数据总线来说，CAN-High线上的标志色为紫色。CAN-Low线的标志色都是棕色。朱明工作室朱明工作室2CAN导线的布线图导线的布线图大众集团使用的CAN数据总线有一个特点：控制单
116、元之间呈树形连接，这在CAN标准中是没有的。车上CAN导线的实际布置状态称为拓扑结构图，不同的车，拓扑结构也不同。图6-4是Phaeton车的动力CAN拓扑结构图，可以很清楚地看到树形的网络结构。朱明工作室朱明工作室图6-4 Phaeton车的树形网络结构朱明工作室朱明工作室4.2.3 动力动力CAN数据总线数据总线1动力动力CAN数据总线的主要联网单元数据总线的主要联网单元动力CAN数据总线的速率为500Kb/s，用于将动力CAN数据总线方面的控制单元联成网络。动力CAN数据总线的控制单元如下：(1) 发动机控制单元。(2) ABS控制单元。(3) ESP控制单元。(4) 变速器控制单元。(
117、5) 安全气囊控制单元。(6) 组合仪表。朱明工作室朱明工作室与所有的CAN导线一样，动力CAN数据总线也是双线式数据总线，其脉冲频率为500Kb/s，因此也称为高速CAN总线。控制单元通过动力CAN数据总线的CAN-High线和CAN-Low线来进行数据交换。控制单元循环往复地发送信息，信息的重复周期一般为1025ms。朱明工作室朱明工作室2动力动力CAN数据总线上的信号电压变化数据总线上的信号电压变化以动力CAN数据总线为例，在静止状态时，这两条导线上作用有相同的预先设定值，该值称为静电平。对于动力CAN数据总线来说，这个值大约为2.5V。静电平也称为隐性状态，与其相连接的所有控制单元均可
118、修改它。朱明工作室朱明工作室在显性状态时，CAN-High线上的电压值会升高一个预定值(对动力CAN数据总线来说，这个值至少为1V)，而CAN-Low线上的电压值会降低一个同样值(对动力CAN数据总线来说，这个值至少为1V)。于是在动力CAN数据总线上，CAN-High线就处于激活状态，其电压不低于3.5V(2.5V1V3.5V)，而CAN-Low线上的电压值最多可降至1.5V(2.5V1V1.5V)。因此在隐性状态时，CAN-High线与CAN-Low线上的电压差为0V，在显性状态时该差值最低为2V，如图6-5所示。朱明工作室朱明工作室图6-5 CAN数据总线上的信号电压变化朱明工作室朱明工
119、作室图6-6中所示的是一个真实的CAN电报变化图，它由一个收发器产生，并由VAS5051的数字存储式示波器(DSO)接收下来。两个电平之间的叠加信号变化表示2.5V的隐性电平。CAN-High线上的显性电压约为3.5V，CAN-Low线约为1.5V。朱明工作室朱明工作室图6-6 DSO现实的动力CAN总线信号电压变化朱明工作室朱明工作室3动力动力CAN的收发器的收发器收发器内，CAN-High线和CAN-Low线上的信号转换控制单元是通过收发器连接到动力CAN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，如图6-7所示。朱明工作室朱明工作室图6-7 动力CAN
120、数据总线的差动信号放大器朱明工作室朱明工作室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，如图6-8所示。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(对于动力CAN数据总线来说是2.5V)或其他任何重叠的电压(例如干扰)。朱明工作室朱明工作室图6-8 差动信号放大器内的信号处理朱明工作室朱明工作室4动力动力CAN数据总线差动信号放大器内的干扰过滤数据总线差动
121、信号放大器内的干扰过滤由于数据总线也要布置在发动机舱内，因此数据总线就会受到各种干扰。在保养时要考虑对地短路和蓄电池电压、点火装置的火花放电和静态放电。CAN-High信号和CAN-Low信号经过差动信号放大器处理后(就是所谓的差动传递技术)，可最大限度地消除干扰的影响，如图6-9所示。这种差动传递技术的另一个优点是：即使车上的供电电压有波动(例如在启动发动机时)，也不会影响各个控制单元的数据传递(数据传递可靠性)。朱明工作室朱明工作室图6-9 差动信号放大器内的干扰过滤朱明工作室朱明工作室在该图的上部可清楚地看到这种传递的效果。因为CAN-High线和CAN-Low线是扭绞在一起的(双绞线)
122、，所以干扰脉冲就总是有规律地作用在两条线上。由于差动信号放大器总是用CAN-High线上的电压(3.5VX)减去CAN-Low线上的电压(1.5VX)，因此在经过差动处理后，(3.5VX)(1.5VX)=2V，差动信号中就不再有干扰脉冲了。朱明工作室朱明工作室4.2.4 舒适舒适/信息信息CAN数据总线数据总线1舒适舒适/信息信息CAN数据总线的联网单元数据总线的联网单元舒适/信息CAN数据总线的速率为100Kb/s，用于将舒适CAN总线和信息CAN总线方面的控制单元联成网络。舒适/信息CAN数据总线的控制单元如下：(1) 全自动空调/空调控制单元。(2) 车门控制单元。(3) 舒适控制单元。
123、(4) 收音机和导航显示单元控制单元。朱明工作室朱明工作室与所有的CAN导线一样，舒适/信息CAN数据总线也是双线式数据总线，其脉冲频率为100Kb/s，因而也称为低速CAN总线。控制单元通过舒适/信息CAN数据总线的CAN-High线和CAN-Low线来进行数据交换，如车门开/关、车内灯开/关、车辆位置(GPS)等等。由于使用同样的脉冲频率，因此舒适CAN数据总线和信息CAN总线可以共同使用一对导线，当然前提条件是相应的车上有这两种数据总线。朱明工作室朱明工作室2舒适舒适/信息信息CAN数据总线上的信号电压变化数据总线上的信号电压变化为了增强抗干扰性且降低电流消耗，低速CAN与动力CAN数据
124、总线相比就需做一些改动。首先，由于使用了单独的驱动器(功率放大器)，这两个CAN信号就不再有彼此依赖的关系。与动力CAN数据总线不同，舒适/信息CAN数据总线的CAN-High线和CAN-Low线不是通过电阻相连的。也就是说，CAN-High线和CAN-Low线不再彼此相互影响，而是彼此独立作为电压源来工作。另外，共同的中压也发生了变化，在隐性状态(静电平)时，CAN-High信号为0V，在显性状态时不小于3.6V；对于CAN-Low信号来说，隐性电平为5V，显性电平不大于1.4V，如图6-10所示。朱明工作室朱明工作室图6-10 舒适/信息总线的信号变化朱明工作室朱明工作室于是，这两个信号在
125、差频信号放大器内相减后，隐性电平为5V，显性电平为2.2V，那么隐性电平和显性电平之间的电压变化(电压提升)就达到7.2V以上了。VAS5051上的数字存储式示波器(DSO)图如图6-11所示。为清楚起见，CAN-High信号和CAN-Low信号彼此分开了，从图中所示的不同的零点即可看出这一点。从图中可清楚看出CAN-High信号和CAN-Low信号的静电平是不同的。还能看出：与动力CAN数据总线相比，电压提升增大了(7.2V)；显性电平和隐性电平交替转换；在显性状态时CAN-High信号为3.6V，CAN-Low信号为1.4V。朱明工作室朱明工作室图6-11 VAS5051上的数字存储式示波
126、器(DSO)图(静态图)朱明工作室朱明工作室3舒适舒适/信息信息CAN数据总线的数据总线的CAN收发器收发器舒适/信息CAN数据总线的收发器如图6-12所示，其工作原理与动力CAN数据总线收发器基本是一样的，只是输出的电压电平和出现故障时切换到CAN-High线或CAN-Low线(单线工作模式)的方法不同。另外CAN-High线和CAN-Low线之间的短路会被识别出来，并且在出现故障时会关闭CAN-Low驱动器，在这种情况下，CAN-High和CAN-Low信号是相同的。朱明工作室朱明工作室图6-12 舒适/信息CAN数据总线收发器的结构朱明工作室朱明工作室CAN-High线和CAN-Low线
127、上的数据传递由安装在收发器内的故障逻辑电路来监控，故障逻辑电路检验两条CAN导线上的信号，如果出现故障(如某条CAN导线断路)，那么故障逻辑电路会识别出该故障，从而使用完好的那一条导线(单线工作模式)。在正常的工作模式下，使用的是CAN-High“减去”CAN-Low所得的信号(差动数据传递)，这样就可将故障对舒适/信息CAN数据总线的两条导线的影响降至最低(与动力CAN数据总线一样)。朱明工作室朱明工作室4单线工作模式下的舒适单线工作模式下的舒适/信息信息CAN数据总线数据总线如果因断路、短路或与蓄电池电压相连而导致两条CAN导线中的一条不工作了(ISO故障17)，那么就会切换到单线工作模式
128、。在单线工作模式下，只使用完好的CAN导线中的信号，这样就使得舒适/信息CAN数据总线仍可工作。同时，控制单元记录一个故障信息：系统工作在单线模式。单线工作模式下DSO上的信号如图6-13所示。朱明工作室朱明工作室图6-13 单线工作模式下DSO上的信号变化图(静态图)朱明工作室朱明工作室4.2.5 CAN数据总线上的阻抗匹配数据总线上的阻抗匹配控制单元信号在收发器内进行放大。收发器发送一侧的任务是将控制单元内CAN控制器的较弱信号进行放大，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。连接在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
129、负载电阻取决于连接的控制单元数量及其电阻值。例如：发动机控制单元会在动力CAN数据总线的CAN-High线和CAN-Low线之间形成66的电阻，所有其他控制单元均可在数据总线上产生2.6k的电阻，如图6-14所示。朱明工作室朱明工作室图6-14 数据总线的CAN-High线和CAN-Low线上的负载电阻朱明工作室朱明工作室根据连接的控制单元数量，所有控制单元形成的总电阻为5366。如果15号接线柱(点火开关)已切断，就可以用欧姆表测量CAN-High线和CAN-Low线之间的电阻了。收发器将CAN信号输送到CAN数据总线的两条导线上，相应地，CAN-High线上的电压会升高，而CAN-Low线
130、上的电压会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；对于舒适/信息CAN数据总线总线来说，这个值不低于3.6V。朱明工作室朱明工作室最初的数据总线的两个末端有两个终端电阻，如图6-15所示。但是，大众汽车公司在1999年以后生产的车型上采用了被称为“中心总线连接”的方式，即发动机控制单元内的“中央末端电阻”和其他控制单元内的高欧姆电阻，如图6-14所示。这样会产生很大的影响，但由于轿车上的数据总线不是很长，因此不会有什么负面作用。CAN标准中有关数据总线长度的规定就不适用于大众集团的动力CAN数据总线了。舒适/信息CAN数据总线的特点是：控制单元内的负载电阻不是作用于CAN-High线和CAN-Low线之间，而是体现在每根导线对地或对5V之间。如果蓄电池电压被切断，那么电阻也就没有了，这时用欧姆表无法测出电阻。朱明工作室朱明工作室图6-15 最初数据总线的两个末端的终端电阻
