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1、控制器局域网CAN,孟卓、杨纯兴、张凯旋、朱团,CAN总线原理介绍 CAN总线用途 CAN应用实例,CAN总线特点,多主工作方式； 非破坏性的总线仲裁技术； 可实现点对点、一点对多点以及广播等传输方式； 远程数据请求，特有的“远程帧”可用于数据请求； 总线配置灵活；,CAN总线特点,高效的短帧结构，每个数据帧的数据域最长为8字节； 高可靠性，短帧传输，降低了受干扰几率，每帧有位填充、CRC校验等措施，降低了出错率； 发送期间丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送； 节点在通信错误严重的情况下自动关闭，脱离总线。,CAN的分层结构,LLC功能：为远程数据请求以及数据传输提供服务； 在LLC子
2、层接收到的报文中，确定实际采用哪些报文； 为恢复管理和超载通知提供手段。 MAC子层是CAN协议核心，向下传送从LLC层收到的报文，并把接收的报文传送给LLC层。,CAN的分层结构,物理层定义了信号是如何传输的，涉及位定时、位编码和同步的描述，但CAN技术规范里面没有定义物理层的驱动器/接收器特性，因而允许根据具体应用，对传输介质和信号电平的实现进行优化。 同一网络内所有节点的物理层必须相同。,报文传送、帧类型和帧格式,报文（Message）：总线上的信息以固定格式的报文进行传输，这里的报文即数据链路层的数据传输单元帧。每帧的长度因类型或数据的差异在44108（标准帧）位或者64128位（扩展
3、帧）之间变化。,报文传送、帧类型和帧格式,报文传送由以下4种帧类型表示和控制： 数据帧：数据帧将数据从发送器传送到各个接收器； 远程帧：远程帧请求具有相同标识符的数据帧的发送； 出错帧：任何单元检测到总线错误就发出出错帧； 超载帧：提供一段附加的延时。,数据帧,数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束。数据场长度可为0。,数据帧,在CAN 2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符的帧称为扩展帧。标准格式和扩展格式的数据帧结构如图所示。,数据帧,(1) 帧起始 (SOF) 标志数据
4、帧和远程帧的起始，它仅由一个显位构成。只有在总线处于空闲状态时，才允许站开始发送。所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。 (2) 仲裁场由标识符和远程发送请求位(RTR)组成。仲裁场如图所示。,(3) 控制场由6位组成，如图所示：,控制场包括数据长度码和两个保留位，这两个保留位必须发送显性位，但接收器认可显位与隐位的全部组合。 数据长度码DLC指出数据场的字节数目。数据长度码为4位，在控制场中被发送。,数据长度码中数据字节数目编码如表，其中d表示显位，r表示隐位。数据字节的允许使用数目为08，不能使用其他数值。,(4) 数据场由数据帧中被发送的数据组成，它可包括08个字节，每个字
5、节8位。首先发送的是最高有效位。 (5) CRC场包括CRC序列，后随CRC界定符。CRC场结构如图所示。,CRC序列由循环冗余码求得的帧检查序列组成，最适用于位数小于127(BCH码)的帧。CRC序列后面是CRC界定符，它只包括一个隐位。,(6) 应答场(ACK)为两位，包括应答间隙和应答界定符，如图所示。,在应答场中，发送器送出两个隐位。一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此信息通过发送一个显位报告给发送器。所有接收到匹配CRC序列的站，通过在应答间隙内把显位写入发送器的隐位来报告。 应答界定符是应答场的第二位，并且必须是隐位，因此，应答间隙被两个隐位(CRC界定符和应答界定符
6、)包围。,(7) 帧结束：每个数据帧和远程帧均由7个隐位组成的标志序列界定。,远程帧,远程帧由6个不同分位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。 同数据帧相反，远程帧的RTR位是隐位。远程帧不存在数据场。DLC的数据值是独立的，它可以 是08中的任何数值，这一数值为对应数据帧的DLC。远程帧的组成如图所示。,远程帧,超载帧 超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符，如图所示。,存在两种导致发送超载标志的超载条件：一个是要求延迟下一个数据帧或远程帧的接收器的内部条件；另一个是在间歇场检测到显位。由前一个超载条件引起的超载帧起点，仅允许在期望间歇场的第一位时间开始，而由后一个超
7、载条件引起的超载帧在检测到显位的后一位开始。在大多数情况下，为延迟下一个数据帧或远程帧，两种超载帧均可产生。,报文的编码和传输,报文的比特流采用非归零码（NRZ）编码，即在完整的位时间里，位电平要么是显性要么是隐性。,报文的编码和传输,CAN采用串行通信方式，必须解决发送器和接收器的同步问题。由于CAN没有专用的时钟线，同步信息只能包含在传输的数据中，采用位填充规则实现跳变。,CAN总线应用,CAN总线应用,CAN最初由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的通信，由于CAN总线自身的特点，应用领域不仅仅是汽车行业，在过程控制、机械制造、楼宇自动化等领域也有应用。,CAN总线应
8、用,CAN总线应用,现代社会对汽车的要求不断提高，汽车电子控制装置越来越多，使得连接汽车电子控制装置之间导线也变得更为复杂。 采用传统的点到点的布线方式，势必导致车身布线越来越复杂，运行可靠性低、维修难度大。 采用CAN总线的系统中各装置独立运行，控制和改善汽车某一方面的性能，同时可为其他控制装置提供服务。,车用网络：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。,汽车网络化的优点,布线简单，设计简化，节约铜材，降低成本。 可靠性提高，可维护性大为提高 实现信息共享，提高汽车性能 满足现代汽车电子
9、设备种类功能越来越多的要求 总之，使用汽车网络不仅可以减少线束，而且能够提高各控制系统的运行可靠性，减少冗余的传感器及相应的软硬件配置，实现各子系统之间的资源共享，便于集中实现各子系统的在线故障诊断。,基于CAN总线的汽车电器网络结构,基于CAN总线的汽车电器网络结构,目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于动力系统的高速CAN，速率达500kb/s；另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。 动力系统CAN主要连接对象是发动机控制器、变速箱、ABS控制器、安全气囊控制器，控制与汽车行驶直接相关的系统。 车身系统CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、空调、组合
10、仪表及其他辅助电器等。,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,1、系统的硬件简单介绍 1）计算机、计算机相连的一块具有CAN接口适配卡。,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,2）节点 （1）节点的基本组成：AT89C51、CAN总线处理器SJA1000、CAN总线驱动器82C250、光电耦合器6N137、温度传感器、湿度传感器及控制风机和加热器的继电器，结构框图如下：其中采用DS18B20测量温度、HS1101传感器测量湿度。 CAN总线处理器SJA1000：兼 容 C AN 2 .0 A 和 C AN 2 .0 B两种技术规范。完成数据链路层组帧和生成物理层比特，对CAN协议进行了封装。单
11、片机软件上只要配置需要的通信速率、帧ID以及发送的数据内容，不需要从软件上编写协议。其作用是接收来自C AN总线的数据以及通过 C AN总线向上位机传送数据。 CAN总线驱动器82C250：是CAN控制器和物理总线间的接口，其将TTL信号转换为CAN标准的差分信号，提高对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。 光电耦合器6N137：实现与各个CAN节点的电气隔离。,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,CAN232智能CAN接口适配
12、卡工作原理：CAN 总线数据收发由 CAN 控制器、CAN 收发器完成；RS232 接口上的数据经过电平转换后由微处理器处理。系统的核心微处理器负责实现协议控制与数据转换。为了提高系统的抗干扰能力，在 CAN 控制器和 CAN 收发器之间增加了光电隔离电路。隔离电路部分自带 DC/DC转换模块，无需外接电源。,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,基于CAN总线的温室智能环境控制系统,2系统中控制软件 1）底层驱动程序：采用C语言编程，做成动态链接库供上层调用，主要包括CAN接口适配卡的初始化和复位、命令的发送和接收； 2）系统监控程序：采用Labwindows/CVI 或C+编写。首先初始化CAN总线通信接口适配卡，将其设置成固定地址的通信站点，负责机内数据和控制参数迅速传递；然后搜索整个网络，找出运行良好的节点，列出所有节点后，即可发送命令和接收数据。,谢谢！,