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1、3.3CAN数据总线的传输原理与过程3.4汽车网络可用的传输介质复习提问复习提问CAN数据总线中的数据传递就像一个电话会议一个电话用户（控制单元）将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”这个数据CAN数据总线数据传输的原理数据总线数据传输的原理对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则选择忽略CAN数据总线的构成数据总线的构成CAN数据总线由1个控制器、1个收发器、2个数据传输终端和2条数据传递线构成CAN数据总线各部件的功能数据总线各部件的功能CAN控制器的功能接收在控制单元中的微处理器中的数据处理数据并传送给CAN收发器接受CAN收发器的数据，处理并传送给微处理器CAN收发器的
2、功能是一个发送器和接收器的组合将CAN控制器提供的数据转化为电信号并通过数据线发送出去接收数据，并将数据传送到CAN控制器数据传输终端的功能是一个电阻器阻止数据在传输终了被反射回来并产生反射波因为反射波会破坏数据用以传输数据的双向数据线分为CAN高位数据线（CAN-HIGH）和CAN低位数据线（CAN-LOW）数据总线没有指定接收器，数据通过数据总线发送并由各控制单元接受和计算数据传递线的功能CAN数据总线的数据传递过程提供数据控制单元向CAN控制器提供需要发送的数据发送数据CAN收发器接收由CAN控制器传来的数据，转为电信号并发送接收数据CAN系统中，所有控制单元转为接收器检查数据控制单元检
3、查判断所接收的数据是否所需要的数据接受数据如接收的数据重要，它将被接受并进行处理。否则忽略CAN数据总线传递数据的构成CAN数据总线在极短的时间里，在各控制单元间传递数据，可将其分为7个部分CAN数据总线传递的数据由多位构成。在数据中，位数的多少由数据域的大小决定（一位是信息的最小单位单位时间电路状态。在电子学中，一位只有0或1两个值。也就是只有”是“和”不是“两个状态）数据的形成图表如下：该形式在两条数据传输线上是一样的开始域：标志数据开始。带有大约5V电压（由系统决定）的1位，被送入高位CAN线；带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。状态域：判定数据中的优先权。如果两个控制单元都要同时
4、发送各自的数据，那么，具有较高优先权的控制单元，优先发送检查域：显示在数据域中所包含的信息项目数。在本部分允许任何接收器检查是否已经接收到所传递过来的所有信息。数据域：在数据域中，信息被传递到其他控制单元。确认域：在此，接收器信号通知发送器，接收器已经正确收到数据。若检查到错误，接收器立即通知发送器，发送器然后再发送一次数据结束域：标志数据报告结束。在此是显示错误并重复发送数据的最后一次机会安全域：检测传递数据中的错误。数据是如何产生的？数据由多位构成每1位只有0或1两个值或状态。下面以灯开关为例说明带有0或1的状态是如何产生的。灯开关打开或关闭，这说明灯开关有两个不同的状态。灯开关处于值1的
5、状态：开关闭合，灯亮开关处于值0的状态：开关打开，灯不亮位值为1的状态：CAN发送器打开，在舒适系统中电压为5V，在动力传动系统中，电压大约为2.5V。相同电压施加在传递线上。从原理上讲，CAN数据总线的功能与此完全相同，CAN发送器也能产生2个不同位状态位值为0的状态：CAN发送器关闭，接地；传输线同样接地，大约为0V通过2个位，可以产生4个变化每1项信息均可以由每个变化状态表示，并与所有的控制单元相联系信息通过2个连续位进行传递例释随着位数的增加，信息量增加情况1位的位值变化产生信息2位的位值变化产生信息3位的位值变化产生信息0V10 0V；0V100V；0V；0V105V20 0V；5V
6、200V；0V；5V205V；0V300V；5V；0V305V；5V400V；5V；5V405V；0V；0V505V；0V；5V605V；5V；0V705V；5V；5V80CAN数据总线的数据分配如果多个控制单元要同时发送各自的数据，那么系统就必须决定哪个控制单元首先进行发送具有最高优先权的数据，首先发送基于安全考虑，由ABS/EDL控制单元提供的数据比自动变速器控制单元提供的数据（驾驶舒适）更重要，因此具有优先权数据如何进行分配？每个位都有1个值，该值定义为电位这样就有2个可能：高电位或低电位位电压位值电位0V0高电位5V1低电位如何确认数据报告的优先权？在状态域中，由11位组成的编码，其数
7、据的组合形式决定了数据的优先权。下面是3组不同数据报告的优先权：优先权数据报告状态域形式1Brake1(制动1） 001 1010 00002Engine1（发动机1）010 1000 00003Gearbox1（变速器1）100 0100 00003个控制单元同时发送数据，此时，在数据传输线上进行一位一位的比较如果1个控制单元发送了1个低电位而检测到1个高电位，那么该控制单元就停止发送而转为接收器例如：ABS/EDL控制单元发送了1个高电位MOTRONIC控制单元也发送了1个高电位自动变速器控制单元发送了1个低电位而检测到1个高电位，那么它将失去优先权而转为接收器位1位2ABS/EDL控制单
8、元发送了1个高电位MOTRONIC控制单元发送了1个低电位并检测到1个高电位，那么，它也失去优先权，而转为接收器位3ABS/EDL控制单元拥有最高优先权并接收分配的数据，该优先权保证其持续发送数据直至发送终了ABS/EDL控制单元结束发送数据后，其他控制单元再发送各自的数据CAN数据总线的抗干扰车辆在工作过程中，电火花和电磁开关联合作用会产生电磁干扰；移动电话和发送站以及任何产生电磁波的物体会产生电磁干扰电磁干扰能够影响或破坏CAN的数据传送为防止数据传输受到干扰，2根数据传输线缠绕在一起，这样可以防止数据线所产生的辐射噪音。2根数据线上的电压是相反的若一根数据线上的电压约为0V；则另一根数据
9、线上的电压就是约为5V这样2根线的总电压值仍保持一个常值从而所产生的电磁场效应由于极性相反而相互抵消所以，数据传输线通过这中方法得到保护而免受外界辐射干扰同时，向外辐射时，实际上保持中性（即无辐射）CAN-bus 传输介质单线（汽车）双绞线双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线同轴电缆单模光纤单模光纤无线通信VCANHCANLR物理介质必须支持物理介质必须支持物理介质必须支持物理介质必须支持“ “显性显性显性显性” ”和和和和“ “隐性隐性隐性隐性” ”状态，状态，状态，状态，“ “显性显性显性显性” ”状状状状态支配态支配态支配态支配“ “隐性隐性隐性隐性” ”状态，例如在总线仲裁时。状态，例如在总线仲
10、裁时。状态，例如在总线仲裁时。状态，例如在总线仲裁时。双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并且采用差分信号传输减弱电磁干扰（且采用差分信号传输减弱电磁干扰（且采用差分信号传输减弱电磁干扰（且采用差分信号传输减弱电磁干扰（EMIEMI）的影响。）的影响。）的影响。）的影响。使使使使用用用用光光光光学学学学介介介介质质质质时时时时，隐隐隐隐性性性性电电电电平平平平通通通通过过过过状状状状态态态态“ “暗暗暗暗” ”表表表表示示示示，显显显显性电平通过状态性电平通
11、过状态性电平通过状态性电平通过状态“ “亮亮亮亮” ”表示；表示；表示；表示；同一段同一段同一段同一段CAN-busCAN-bus网络采用相同的传输介质。网络采用相同的传输介质。网络采用相同的传输介质。网络采用相同的传输介质。传输介质（传输介质（Bus Medium）双绞线特点双绞线特点 目前，采用双绞线的目前，采用双绞线的CANCAN总线分布式系统已总线分布式系统已得到广泛应用，如汽车电子、电梯控制、电力系统、得到广泛应用，如汽车电子、电梯控制、电力系统、远程传输等。远程传输等。技术上容易实现、造价低廉；技术上容易实现、造价低廉；技术上容易实现、造价低廉；技术上容易实现、造价低廉；理论上节点
12、数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能力；力；力；力；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；双绞线有所谓的近端串扰；双绞线有所谓的近端串扰；双绞线有所谓的近端串扰；双绞线有所谓的近端串扰；适合适合适合适合CAN-busCAN-bus网络网络网络网络5Kbps5Kbps1Mbps1Mbps的传输速率。的传输速率。的传输速率。的传输速率
13、。CANCAN总线电平标称值总线电平标称值双绞线（双绞线（ISO 11898-2）双绞线（双绞线（ISO 11898-2ISO 11898-2）RNode 1Node 2RNode nCANHCANL3.5 V1.5 V2.5 VTermination双绞线参数（双绞线参数（ISO 11898-2ISO 11898-2）高速差分总线高速差分总线l l双线平衡信号双线平衡信号ll有公共地有公共地l l信号线结构信号线结构ll较短的残余较短的残余l l双绞线或平行线双绞线或平行线l l非屏蔽或屏蔽非屏蔽或屏蔽l l线缆阻抗线缆阻抗 = 120 = 120 l l最高速度达最高速度达 1 Mbps
14、1 Mbps空闲置位3.5 V1.5 V2.5 V双绞线参数（双绞线参数（ISO 11898-2ISO 11898-2）最长的总线长度可达最长的总线长度可达40m 40m 1 Mbps 1 Mbpsl l其它的情况无定义其它的情况无定义线路延迟线路延迟 = 5 ns/m ( = 5 ns/m (名义名义值值) )规定了电气指标规定了电气指标l l而不是机械指标而不是机械指标可使用可使用galvanic (galvanic (光学光学) ) 绝绝缘缘空闲置位3.5 V1.5 V2.5 VISO 11898 ISO 11898 电缆推荐参数电缆推荐参数 ：直流参数、特性阻抗：直流参数、特性阻抗电缆
15、参数（电缆参数（ISO 11898-2）电缆选择的要素电缆选择的要素线长线长: :如果外部干扰比较弱，如果外部干扰比较弱，CAN-busCAN-bus中的短线中的短线（长度（长度0.3m0.3m）可以采用扁平电缆）可以采用扁平电缆 ；波特率波特率 ：由于取决于传输线的延时，由于取决于传输线的延时，CAN-busCAN-bus总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加；总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加；外界干扰外界干扰：CANCAN总线可以采用带屏蔽层的双绞总线可以采用带屏蔽层的双绞线；线；特征阻抗：特征阻抗：所采用的传输线的特征阻抗约为所采用的传输线的特征阻抗约为120120欧姆；欧姆；
16、有效电阻有效电阻：所使用的电缆的电阻必须足够的小所使用的电缆的电阻必须足够的小以避免线路压降过大。以避免线路压降过大。电缆结构分析电缆结构分析单屏蔽层的单屏蔽层的单屏蔽层的单屏蔽层的CANCAN电缆剖析与连接电缆剖析与连接电缆剖析与连接电缆剖析与连接电缆适用类型电缆适用类型推荐的电缆类型推荐的电缆类型推荐的电缆类型推荐的电缆类型导线长度与波特率导线长度与波特率波特率与长度的关系波特率与长度的关系波特率与长度的关系波特率与长度的关系l l基本公式：基本公式：Max Bit Rate Max Bit Rate MbpsMbps Max Bus Max Bus LengthmLengthm 60 6
17、0双绞线的使用双绞线的使用双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有2 2根根根根线缆作为差分信号线（线缆作为差分信号线（线缆作为差分信号线（线缆作为差分信号线（CANHCANH、CANL)CANL)传输；传输；传输；传输；使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要2
18、 2根差分根差分根差分根差分信号线（信号线（信号线（信号线（CANHCANH、CANL)CANL)的连接以外，还要注的连接以外，还要注的连接以外，还要注的连接以外，还要注意在同一网段中的屏蔽层（意在同一网段中的屏蔽层（意在同一网段中的屏蔽层（意在同一网段中的屏蔽层（SHIELDSHIELD）单点接）单点接）单点接）单点接地问题。地问题。地问题。地问题。双绞线网络的注意事项以下列表说明了组建以下列表说明了组建CANCAN网络时应该遵守的规则网络时应该遵守的规则 光纤的选择光纤的选择石英光纤特点：石英光纤特点：衰减小，技术比较成熟；纤带宽大，抗电磁干扰；易成缆特性；芯径很细（小于10m）；连接成本
19、较高。光纤的选择光纤的选择塑料光纤特点：塑料光纤特点：成本与电缆相当；芯径达（0.51mm)；连接易于对准；重量轻；损耗将低到20dB/km。光纤应用场合光纤应用场合多模光纤一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点；塑料光纤在高速距离通信网络中得到广泛应用。光纤网络构成方式光纤网络构成方式光纤网络的构成方式有两种：光纤网络的构成方式有两种：一种是基于光纤定向耦合器的无延时环网；另一种是基于光电收发模块的中继型环网；CAN-bus光纤传输光纤传输光纤光纤CAN网络的拓扑结构网络的拓扑结构总线形：总线形：总线形：总线形：可有一根共享的光纤总线组成，各可有一
20、根共享的光纤总线组成，各节点另需总线耦合器和站点耦合器实现总线节点另需总线耦合器和站点耦合器实现总线和节点的连接；和节点的连接；环形：环形：环形：环形：每个节点与紧邻的节点以点到点链路每个节点与紧邻的节点以点到点链路相连，形成一个闭环；相连，形成一个闭环；星形：星形：星形：星形：每个节点通过点到点链路与中心星形每个节点通过点到点链路与中心星形耦合器相连；耦合器相连；塑料光纤网络不宜采用总线拓扑结构塑料光纤网络不宜采用总线拓扑结构CAN-bus光纤传输光纤传输与双绞线和同轴电缆相比与双绞线和同轴电缆相比与双绞线和同轴电缆相比与双绞线和同轴电缆相比 光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加；光纤的低
21、传输损耗使中继之间距离大为增加； 光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感；光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感； 光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响；光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响； 不会有在线路不会有在线路“ “接头处接头处” ”感应耦合导致的安全问题；感应耦合导致的安全问题； 强大的抗强大的抗EMIEMI能力。能力。目前存在的问题目前存在的问题目前存在的问题目前存在的问题 价格昂贵，设备投入成本较高；价格昂贵，设备投入成本较高； 点对点的通讯方式。点对点的通讯方式。适用场合适用场合l 汽车电子汽车电子l 干扰严格场合干扰严格场合l 安全控制领域安全控制领域l 远距离通讯远
22、距离通讯舒适系统CAN数据纵线连接舒适系统中的各个控制单元：一个中央控制单元两个或四个车门控制单元舒适系统CAN数据总线中央门锁控制功能电动窗控制功能照明开关控制功能电动调节和加热后视镜控制功能故障自诊断功能舒适系统CAN数据总线传递数据的功能舒适系统CAN数据总线的结构控制单元的各条传输线以星状形式连接汇聚一点若一个控制单元发生故障，其他控制单元仍可发送各自的数据通过车门联接所确定的线路较少如果出现对地短路、对正极短路或线路间短路，CAN系统会转为应急模式运行和转为单线模式运行由于故障自诊断完全由中央控制单元控制，所以只需要较少的自诊断线由于舒适系统中的数据可以较低的速率传递，所以发送器只需
23、较低的功率舒适系统CAN数据总线的优点系统传输数据的速率为62.5kbit/s。这意味着它以0125 kbit/s的速率范围（低速状态）传输。一个数据报告传递大约需要1ms每个控制单元每20ms发送一次数据舒适系统CAN数据总线的特点中央控制单元驾驶员侧车门前乘客侧车门左后车门右后车门舒适系统控制单元的优先权顺序舒适系统CAN数据总线控制单元电路图驾驶员侧车门控制单元J386前乘客侧车门控制单元J387左后车门控制单元J388右后车门控制单元J389舒适系统中央控制单元J39330号线保险丝-中央控制单元15号线保险丝-中央控制单元30号线保险丝-电动窗30号线保险丝-中央门锁高/低位CAN线
24、接地线正极线输入信号输出信号舒适系统CAN数据总线故障自诊断诊断设备：目前国内通用型故障诊断仪器能进行CAN数据总线故障检测的为金德K80多功能诊断仪，今后将有很多诊断仪器能够进行CAN数据总线的检测诊断。各种汽车的最新版本的专用故障诊断仪均能够进行该车种的CAN数据总线系统的故障检测诊断。例如大众汽车可以用VAS5051进行CAN数据总线的故障检测诊断。VAS5051故障诊断仪下面以VAS5051为例说明大众车系舒适系统CAN数据总线的故障检测诊断方法步骤：说明：在故障诊断和故障检测过程中，通过CAN数据总线传递信息的所有控制单元均被认为是一个完整系统舒适系统的地址码：46-舒适系统与CAN
25、数据总线有关部门的功能：02功能：故障查询在故障记忆中，有2个CAN数据总线的特殊故障01328 -舒适系统数据传递故障：如果两个或多个控制单元间数据传递出现故障，便存储该故障记忆。可能的故障原因有：控制单元故障；两条数据线断路；插头和插座连接故障。01329 -应急运转模式：该故障记忆表明CAN数据总线系统已经进入应急运转模式。可能故障原因：某一根数据总线断路插头和插座连接故障08功能-阅读测量数据块012通道：中央控制单元显示与CAN数据总线相关的4组数据区域。数据区域1：检测传递数据该区域显示数据传递正确与否（比如单根数据线故障）。数据区域2：前排装备情况该区域显示前排车门控制单元在传递
26、数据过程中是否匹配数据区域3：后排装备情况该区域显示后排车门控制单元在传递数据过程中是否匹配数据区域4：其他附件情况该区域显示座椅与后视镜调整记忆系统是否合适；舒适系统与记忆系统是否交换数据动力传动系统CAN数据总线动力传动系统CAN数据总线连接部件：Motronic控制单元ABS/EDL控制单元自动变速器控制单元同时传递的数据（10组）：5组数据来自Motronic控制单元3组数据来自ABS/EDL控制单元2组数据来自自动变速器控制单元优先权顺序：ABS/EDL控制单元Motronic控制单元自动变速器控制单元CAN数据总线其他特点：数据总线以500kbit/s的速率传递数据（高速率），每一
27、数据传递大约需要0.25ms。在动力传动系统中，数据传递尽可能快速以便充分利用数据，因此需要一个高性能的发送器。每一控制单元（根据控制单元类型）每720ms发送1次数据动力传动系统控制单元网络连接Motronic控制单元自动变速器控制单元ABS/EDL控制单元CAN数据总线的连接节点通常在控制单元的外部（在线束中）与舒适系统相反，在动力传动系统中只显示部分，这样只显示控制单元的网络连接在特殊情况下，CAN数据总线的连接节点可能会在发动机控制单元里线束的节点汇集在发动机控制单元中动力传动系统CAN数据总线的故障自诊断功能对于大众车系，用VAS5051可以对以下控制单元进行故障自诊断：01-发动机控制单元02-自动变速器控制单元03-ABS控制单元如果控制单元间传递的数据被打乱控制单元内将存储一个故障记忆：1条或2条数据线断路2条数据线短路数据线对地或正极短路1个或多个控制单元有故障
