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1、 毕 业 设 计（论 文）题 目：基于光纤的汽车CAN总线研究系 别：电子信息科学系专 业：电子信息科学与技术班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本
2、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、 保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 导师签名： 摘要本文提出了基于SJA1000 CAN控制器的Fiber-CAN接口和CAN通信的设计。采用光纤作为传输介质提高了CAN通信网抗干扰能力。详细分析了Fiber-CAN通信的接口设计的可行性，并设计出了点对点网络通信的Fiber-CAN接口。其主要有单片机控制部分、单片机外设部分和CAN通信接口部分组成。单片机和其外设共同工作产生了CAN通信所传输的信息，另一个节点通过显示
3、部分显示通信的结果。Fiber-CAN通信的光电转换部分采用了SDH收发一体的光电转换模块，比较容易的实现了光纤接口部分，减少了设计的复杂程度，并提高系统的性能。光纤的使用不仅大大提高通信的抗干扰能力，而且增大了节点间的传输距离。本设计方案应用于汽车总线，能在汽车中极其恶劣的现场稳定的传输汽车各个部件的参数，完成各个部分协调合作的任务。关键词：汽车总线；光纤；CAN控制器；Fiber-CANAbstractThis article proposed based on SJA1000 CAN controller Fiber-CAN interface and the correspondenc
4、e design. The optical fiber used to sharpen the CAN communications network antigambling ability as the transmission medium. Detailed subdivided Fiber-CAN correspondence connection design feasibility, and designed point-to-point network correspondence Fiber -CAN connection. It mainly has outside the
5、monolithic integrated circuit control section, the monolithic integrated circuit supposes partially with the CAN correspondence connection partial compositions. The monolithic integrated circuit and besides supposed works together has had the CAN message center transmission information, another pitc
6、h point through demonstration partial demonstrations correspondence result. Fiber-CAN correspondence photoelectricity transformed partially uses SDH to receive and dispatch a body the photoelectricity transformation module, to have been partial compared with the easy realization optical fiber connec
7、tion, reduced the design complex degree, and enhanced the system the performance. The optical fiber use not only enhances the correspondence greatly the antigambling ability, moreover has increased the pitch point transmitting range. This design proposal applies in the automobile bus line, can in th
8、e automobile the extremely bad scene stable transmission automobile each part parameters, complete each part of coordinated cooperation the duty.Key words: Automobile bus line; Fiber; CAN controller; Fiber -CAN目 录第一章 概述1第二章 汽车总线技术32.1 汽车网络技术的发展历史32.2 汽车网络技术的作用32.3汽车网络技术的发展趋势42.3.1在汽车应用中迅速普及42.3.2 高速
9、 、实时、容错网络控制技术42.3.3 多媒体、高带宽的网络42.3.4丰富的软件设计52.3.5 统一网络协议52.4 车用网络的拓扑结构52.4.1 总线拓扑52.4.2 星型拓扑62.4.3 环形拓扑62.5汽车CAN总线72.5.1 CAN总线的特点72.5.2 CAN总线技术的优点8第三章 方案对比93.1Wire-LIN，Wire-CAN93.1.1 Wire-LIN93.1.2 Wire-CAN103.2 Fiber-CAN103.2.1 Fiber-CAN节点113.2.2 光纤的选择113.2.3 Fiber-CAN的网络拓扑结构123.3方案选择12第四章 系统硬件设计13
10、4.1系统设计的基本任务134.2系统的硬件外设原理设计134.2.1 CAN控制器SJA1000134.2.2 控制器原理图154.2.3 CAN光纤接口原理164.2.4 CPU、RAM 扩展和ROM扩展部分174.3系统的硬件外设PCB设计234.3.1 PCB设计中的流程和抗干扰措施234.3.2 PCB制作27第五章 系统CAN通信软件设计295.1 BasicCAN节点的主程序设计295.2程序设计说明315.2.1系统宏定义315.2.2 CAN接口配置子程序345.2.3自动发送37第六章 系统的安装及测试设计386.1 PCB板的安装386.2PCB板的测试386.2.1焊接
11、测试386.2.2单元测试396.2.3CAN接口通信测试396.3系统的改进40结束语42致谢43参考文献44附录A（主要模块源代码）45附录B（PCB板设计截图）69XXX学院本科毕业设计（论文）第一章 概述在当今的中高档汽车中都采用了汽车总线技术。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换渠道。一些汽车专家认为，就像在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年来数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。20世纪90年代以来，汽车上由电子控制单元(ECU)控制的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊
12、装置、电控门窗装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量越来越多。因此，一种新的概念-车上控制器局域网络CAN（Controller Area Network）的概念也就应运而生了。CAN最早是由德国BOSCH公司为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种数据通信协议，按照ISO有关标准，CAN的拓扑结构为总线式，因此也称为CAN总线。CAN协议中每一帧的数据量都不超过8个字节，以短帧多发的方式实现数据的高实时性；CAN总线的纠错能力非常强，从而提高数据的准确性；同时CAN总线的速率可达到1M bit/s，是一个真正的高速网络。总之，将CAN总
13、线应用在汽车中使用有很多优点： (1)用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，并大幅度减少了用线数量；提高可靠性,安全性、降低成本。 (2)具有快速响应时间和高可靠性，并适合对实时性要求较高的应用如刹车装置和气囊；控制平台、信息平台、驾驶平台的互连基础。 (3)CAN芯片可以抗高温和高噪声，并且具有较低的价格，开放的工业标准。在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据报道，中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司试装成功，并进行了初步试运行。在上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引入了CAN总线技术。
14、但总的来说，目前CAN总线技术在我国汽车工业中的应用尚处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽车总线的设计，因而存在着不少弊端。比如，众所周知汽车的核心设备就是发动机，发动机的运行参数，例如发动机转速、机油压力、冷却剂温度等等是和汽车驾驶是紧密相关的。传统汽车仪表的设计方法是：通过放置在汽车部件（如发动机）内部的传感器，将机械信号转换成电信号，如电压、电流、脉冲信号，再经过D/A转换或计数器等，将电信号转换成可视的指针信号显示在模拟仪表盘上。随着汽车总线技术的发展，不少进口的发动机已经不再直接向外提供传感器信号，而改用CAN总线通信接口。一旦发动机出现故障时，由于缺乏基于CAN总线的测试
15、维修设备，目前我们的维修人员使用的方法只能是在发动机上钻孔，将传感器直接放进发动机内部进行测量，操作繁琐、设备复杂，且不利于保护发动机的整体结构。又比如，现有的部分汽车仪表使用了专用的总线设计，由于硬件标准不统一，通信协议也不兼容，为甲公司汽车生产的仪表完全不能在乙公司的汽车上使用，生产成本难以降低、故障维修很不方便。如果能将各种专用总线统一到CAN总线标准上来，就可以解决问题。再比如，在手动挡汽车中，驾驶员的换挡是依照经验进行的，有可能发生应该加高挡位而没能及时加挡的情况，即低档高速行驶，既不利于降低油耗，又容易造成汽车传动部件磨损。如果能实现自动换挡提示，车辆就能始终保持在经济时速行驶。根
16、据ISO(国际标准化组织)定义的OSI模型，CAN协议定义了物理层及数据链路层规范，这为不同的汽车厂商制定符合自身需要的应用层协议提供了很大的便利。如果需要建立更加完善的系统，还需要在CAN的基础上选择合适的应用层协议。如CANOpen、DeviceNet、SAE J1939等。现代汽车是一个智能化网络计算平台。汽车网络贯穿整车的每个单元即控制系统、信息系统、驾驶系统和传感执行系统均由控制局域网CAN-BUS互连，掌握应用层网络标准并开发嵌入式软件是关键技术。 将车内的控制网络与信息网络如故障信息检测系统，车况自动纪录系统，实时驾驶信息显示系统（智能化数字仪表）与嵌入式因特网互连（支持IPv4
17、及IPv6）,使每个汽车有一个Web网页，将会是今后汽车计算平台的关键核心技术。第二章 汽车总线技术2.1 汽车网络技术的发展历史早期的汽车网络中，通用网络标准并未得到广泛的认同和应用，用户通常利用自己制定的电路和通用异步收发器(UART)设备来实现简单的串行通信。由于没有统一标准，各汽车制造商都有一套独立定义的接口规范和专用供应商。这样，供应商虽然纵向紧密地与汽车制造商合作，却缺乏与其他供应商的横向联系，导致生产的同类产品不能兼容互换。采用标准化网络技术以后，各供应商按照统一的标准生产部件，提高了同类产品的兼容性和互换性。而汽车制造商可以委托任意一家合格的供应商开发符合标准的模块。国际著名汽
18、车制造商和零部件供应商于二十世纪八十年代就致力于汽车网络技术的研究与应用，迄今己推出多种网络标准，如J1850, VAN, CAN, ABUS等。在各种汽车网络中，CAN以其独特的设计，优异的性能和极高的可靠性得到了最为广泛的应用。尤其在欧洲，DaimlerC、hrysler及Volvo公司等都将CAN作为他们电子系统控制器网络化的手段。美国的制造商也正逐步将他们的汽车网络系统由J1850过渡到CAN。2.2 汽车网络技术的作用 目前，汽车电子控制己经从初期的“电子机械替代”阶段过渡到“独立系统的精确量化反馈控制”阶段，并朝着“多目标综合控制和智能化控制”的方向发展，即把整体上相关、功能上相对
19、独立而位置上分布安装的电子系统或装置组成一个协调控制的综合系统。为了实现多目标的优化控制，进一步全面提高汽车的整体性能，根据智能化的要求和综合协调控制的特点，综合控制系统将更多地依赖系统内、外部信息的获取，这要求互相独立的电子系统和装置间进行数据交换和信息传递。因此，现代汽车采用网络技术解决分布式控制是一种必然，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。2.3汽车网络技术的发展趋势2.3.1在汽车应用中迅速普及短短几年内，汽车网络技术的发展速度令人瞳目结舌，仅以上海大众的
20、两款引进车型为例，两年前，人们还惊叹作为中档车的PassatB5采用了CAN总线控制技术，如今作为经济型轿车推出的Pol。也己全面采用网络控制技术。从目前情况看，世界各大汽车公司的车身网络控制和动力系统网络控制技术平台均己基本建立，在新推出的车型中，全面采用网络控制技术己成为可能。可以断言，近几年内网络技术在汽车中的应用将会迅速普及。2.3.2 高速 、实时、容错网络控制技术线控概念(x-by-wire)是一种新的汽车工程概念，目前己有使用线控系统的概念车出现。2002年1月初在底特律举行的北美国际车展上，展出的跑车Autonomy就首次在汽车中使用了x-by-wire技术。x-by-wire
21、技术在未来将是十分重要的技术，该技术极大改善了汽车的可操纵性、安全性、设计的灵活度及总体结构。驾驶员和方向盘之间将没有任何机械部分的连接，使用这种技术使汽车的操纵系统、制动系统及其它辅助系统能够通过电子方式进行控制，这就是说，像汽车内的刚性传动件将会被基于网络控制的各种传感器、控制器和电液式电动执行器所组成的线控系统取而代之。x-by-wire技术必将促进高速、实时、容错网络通信技术的发展。2.3.3 多媒体、高带宽的网络未来汽车网络同时将是一个多媒体、高带宽的网络。它能使车主生活更轻松，并在某种程度上将办公室移入车内。若从长远来看，汽车甚至可以成为一个网站，人们可以下载软件以提高汽车的性能。
22、目前，此类技术尚处研发阶段，与蜂窝移动电话技术相结合，如全球定位系统(GPS)和导航系统等少数技术己在高档汽车中得到应用。作为最早的汽车电子产品的汽车收音机，现在不止是一种娱乐工具，还可以适配导航系统、RDS, DAB, ARI和RKE等的接口。2.3.4丰富的软件设计未来汽车将成为软件产品，此断言可能是一种幻想，因为现在无法想象除了机械之外，还有什么能使汽车运动、关闭车窗和天窗、打开气门或电动机。然而，这说明在未来的汽车中软件主导硬件的趋势是不可避免的，软件在汽车设计中已无处不见，可以说未来汽车市场竞争的热点之一就是软件的竞争。这也正是OSEK产生的原因，使用OSEK将大大缩短开发新型模块的
23、周期。将来 ，汽车制造商必须与配件制造商、芯片供应商紧密协作，三方各尽所能以确保汽车工程项目的成功。在汽车设计过程中，软件开发正变得与发动机或者车身设计一样重要。据估计，在不久的将来，会出现汽车专用软件供应商，现有零部件供应商可能转移研发的重点和方向。一方面，汽车软件设计的分工会更明细和模块化，另一方面，专用软件的开发也是一个趋势。2.3.5 统一网络协议目前汽车行业中存在许多网络通信协议，由于缺乏全世界统一的标准，实际上提高了汽车的制造成本。虽然建立一个统一的汽车网络协议体系是一件十分复杂和困难的工作，但在汽车制造商和供应商之间己逐渐对这一问题达成一致:A类网络使用LIN; B类 网 络 使
24、 用 低 速CAN,C类网络使用高速CAN己作为事实上的统一标准;在采用x-by-wire技术的下一代汽车中，TTP或者FIexRay协议将是一种必然的选择。此 外 ， 大多数汽车公司和零配件厂商对统一开发环境常感兴趣。可以预见，在不久的将来，各类网络标准将被合并成为一个。若真的形成这种天下一统的局面，那么汽车及其相关工业将受益匪浅，从而大大加快汽车技术的发展。2.4 车用网络的拓扑结构在汽车网络拓扑结构中，常见的结构有总线型网络、星型网络以及环形网络。2.4.1 总线拓扑在总线拓扑中，传输介质为一条总线，节点通过相应的硬件接口接至总线上。当一个节点发送消息时，其他节点均可接收该消息。由于所有
25、的节点共享同一个信道。因此任一时刻只允许一个节点发送消息。该网络拓扑必须使用总线访问机制，这样当两个或多个节点同时准备发送消息时，能确定哪个节点优先获得总线的访问权。目前在汽车控制网络中使用最多的是总线拓扑结构。如图2.1所示。节点节点节点节点图2.1 总线拓扑2.4.2 星型拓扑在星型拓扑结构中，每个节点通过点对点的方式连接到中央节点，因此任何两个节点之间的通信都必须通过中央节点。如图2.2所示。节点节点节点节点节点图2.2 星型拓扑2.4.3 环形拓扑在环形拓扑结构中，有许多中继器进行点到点的链路连接，使整个网络构成一个封闭式的环路。如图2.3所示。节点节点节点节点节点节点节点节点图2.3
26、 环形拓扑2.5汽车CAN总线CAN总线是德国BOSCH公司在20世纪80年代初，为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线性仲裁技术以及灵活的通讯方式适应了汽车的实时性和可靠性要求。汽车CAN总线的技术背景来源于工业现场总线和计算机局域网这样非常成熟的技术，因此具有很高的可靠性，抗干扰性。2.5.1 CAN总线的特点CAN作为一种多主总线，支持分布式实时控制的通讯网络。其通讯介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。在汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中，总线的位速率最大可达1Mbit/s。CAN总线属于总线式串行通讯网络
27、，由于其采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通讯总线相比，CAN总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可以概括如下：CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一点可方便地构成多机备份系统。CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134us内得到传输。CAN采用非破坏性总线性仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载
28、很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况（以太网则可能）。CAN只需通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据，无需专门的“调度”。CAN采用NRZ编码，直接通信距离最远可达10km（速率5kbps）；通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；标示符可达2032种（CAN2.0A）,而扩展标准(CAN2.0B)的标示符几乎不受限制。采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。CAN的每帧信息都有CRC效验及其他检错措施，保证数据出错率极低。CAN的通信介质可为双铰线、同轴电缆或光纤，选择
29、灵活。CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。2.5.2 CAN总线技术的优点国内汽车品牌中已经有几款车型应用了总线技术，这些技术完全来自国外。目前应用总线的国产车中大多采用两套独立的CAN总线：一套是动力CAN数据传输系统，另一套是舒适CAN数据传输系统。使用CAN总线后，对其优点进行了总结，得出以下结论：1) 如果数据扩展以增加新的信息，只需升级软件即可。2) 控制单元对所传输的信息进行实时检测，检测到故障后存储故障码。3) 使用小型控制单元及小型控制单元插孔可节省空间。4) 使传感器信号线减至最少，控制单元可做到高速数据传输。5) CAN总线符
30、合国际标准，因此可应用不同型号控制单元间的数据传输。第三章 方案对比这次设计的主要目的是在选定的网络拓扑基础上，通过一种选定的通信介质完成汽车通信网络的组建，有以下几种方案：3.1Wire-LIN，Wire-CAN3.1.1 Wire-LIN本地互连网络(LIN)是一个低成本、单线串行总线，能执行全双工串行通信。LIN用在汽车的分布式电子系统中，例如与智能传感器和传动器的通信。LIN协议能采用低成本的UART/SCI接口来实现，几乎所有的微控制器都提供这些接口。LIN网络由一个主控和多个从器件组成，主控器件发起所有的通信。 所有节点执行包括发送和接收任务在内的从属通信任务。此外，主节点执行主控
31、发送任务，主控任务能决定什么时候、哪一个帧将在总线上传输。在该方式中，没有总线仲裁，并且在最坏情况下每个消息的时间很容易计算。当一个消息帧发送时，在接收和过滤标识符后，仅有一个从器件得到激活。 如图3.1所示。总线上的所有消息以帧的形式发送，帧由一个帧头和响应字段(response field)组成。主控器件始终在总线上发送帧头，帧头至少由一个13位字段、一个同步字节和一个6位标识符组成，该标识符的范围为0到63。响应字段由两个、四个和八个数据字节和具有倒置8位和的校验和字段，以及所有的数据字节和标识符组成。 图3.1 显示了在一个消息帧上所有字段的排列顺序只有很少微控制器集成有专用的LIN硬
32、件，大多数供应商用SCI或UART来提供支持。因为LIN物理层是一个从汽车自诊断用ISO9141标准引出的单线12V总线，所以需要一个外部LIN收发器来转换电平。例如当前市场上已有供货的摩托罗拉IMC33689 LIN和英飞凌公司的TLE6259-2G收发器。 3.1.2 Wire-CAN在传统的CAN总线系统中主要采用微处理器、CAN控制器和CAN总线驱动器模式，如图3.2所示。图3.2 基本电路SJA1000的AD0AD7连接到微处理器8051的P0口，CS连接到8051的P2.0。P2.0为0时CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读/写
33、操作。SJA1000的RD、WR、ALE分别与8051的对应的引脚相连，INT接8051的INT0，8051页可以通过中断方式访问SJA1000。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不直接与82c250相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连，这样就很好的实现了总线上的各CAN节点间的电气隔离。不过，应该特别说明的一点是，光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率的电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现。这些部分虽然增加了接口电路的复杂性，但是却踢过了节点的稳定性和安全性。
34、82C250与CAN总线的接口部分野采用了一定的安全和抗干扰措施。82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧的电阻与CAN总线相连，电阻起到了一定的限流的作用，保护82C250免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。为了减少反射，在总线的两端加了120欧的电阻已达到阻抗匹配的目的。82C250的Rs脚上接有一个斜率电阻，电阻的大小可根据总线的通信速率适当的调整，一般在16140K欧之间。3.2 Fiber-CAN在现代通讯网中为了解决大容量高速率、远距离数据传输问题，产生了光纤通讯网。与双绞线和同轴电
35、缆相比，光缆还具有不辐射、不导电、不存在光信号相互干扰的影响，也不会有在线路“接头处”感应耦合导致的安全问题。目前光纤的另一优越性能强大的抗EMI能力， 引起人们的关注 所以为进一步提高CAN网络的性能， 采用光纤作传输介质十分必要。3.2.1 Fiber-CAN节点Fiber-CAN的节点连接方式和Wire-CAN大致相同，只是物理数据发送的介质是光纤，发送器为光电转换器。其原理图如图3.3所示。单片机CAN控制器光纤收发器光纤总线图3.3 CAN接口原理图3.2.2 光纤的选择塑料光纤(POF)具备了有利于大量生产的若干优点。首先，它是柔韧的并能在行车车辆中承受振动。其次， 因为POF是大
36、直径光纤，它能传输的光通量大。另外，这种光纤可允许中心轴线错位，不需要高度精密的接头，能容易与光源连接。第-，POF易于切断和加工。汽车工程师们发现，选择最适用于汽车内部环境的光纤类型是更可取的， 而不是在汽车中信号传输网络中仅采用单一种类的光纤。目前有两种类型的塑料光纤：PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PC(聚碳酸酯)。PMMA POF耐热85到105，具有低的传输损耗，可在座舱中使用。PC POF耐热1 20或更高， 可在发动机机舱中应用，但传输损耗高。因此，工程师们推荐，耐热POF必须仅限于在高温环境内使用。在网络中使用耐热的PC POF最长为5米，对于超过1 0米长的网络，主要使用低传输
37、损耗的PMMA POF。这种网络当通过高温环境时， 可选用PC POF。当不处于极端高温下时，PMMA POF芯显示有许多突出的性能。其透明度和机械强度极高， 同时能承受潮湿、热及恶劣天气。它具有良好的综合质量稳定性， 并已证明具有高可靠性。POF 纤芯和包层组成。通常纤芯直径05mm到1.5mm， 包层厚度5m到50m。纤芯和包层的界面结构是影响POF可靠性的一个重大因素。由电子显微镜观察到的芯包界面的图象， 可看到界面有两种基本类型。一种类型是界面上纤芯和包层产生明显粘结 另一种类型是在纤芯和包层间形成了一种中间层。中间层是纤芯和包层=者表层的融台， 生成了一种均匀的透明层。3.2.3 F
38、iber-CAN的网络拓扑结构光纤CAN网作为一种工业底层控制局域网，其拓扑结构与常用局域网一样，基本拓扑结构有总线形、环形和星形。3.3方案选择Wire-CAN的特点是： 技术上容易实现， 造价低廉， 理论上节点数无限制， 对环境电磁辐射有一定抑制能力。但随着频率的增高， 双绞线的衰减迅速增高； 双绞线在发送线对和接收线对之间存在电磁耦合干扰。由于电动汽车现场情况较为复杂， 一旦双绞线CAN网络装车， 由于车辆电气系统产生强电磁干扰， 有时导致CAN网络不能正常工作。燃料电池电动汽车XCAN数据传输和传输介质提出了更高的要求。因此我们选用Fiber-CAN方案，由于是初步研究我们选用最简单的
39、点对点的网络拓扑。第四章 系统硬件设计4.1系统设计的基本任务1、完成通信所需要的硬件电路的设计2、完成通信所需要的软件设计3、应用硬件电路实现基本的CAN通信4.2系统的硬件外设原理设计为了增强硬件电路的实用性，在设计中加入了A/D，ROM扩展，RAM扩展，键盘和显示。4.2.1 CAN控制器SJA1000根据选择的方案，采用CAN控制器SJA1000和光电转换接口进行CAN接口的组建。1、特性 和PCA82C200 独立CAN 控制器引脚兼容和PCA82C200 独立CAN 控制器电气兼容 PCA82C200 模式即默认的BasicCAN 模式 扩展的接收缓冲器64 字节先进先出FIFO
40、和CAN2.0B 协议兼容PCA82C200 兼容模式中的无源扩展帧 同时支持11 位和29 位识别码 位速率可达1Mbits/sPeliCAN 模式扩展功能-可读/写访问的错误计数器-可编程的错误报警限制-最近一次错误代码寄存器-对每一个CAN 总线错误的中断-具体控制位控制的仲裁丢失中断-单次发送无重发-只听模式无确认无活动的出错标志-支持热插拔软件位速率检测-验收滤波器扩展4 字节代码4 字节屏蔽-自身信息接收自接收请求24MHz 时钟频率 对不同微处理器的接口 可编程的CAN 输出驱动器配置 增强的温度适应-40-+1252. 总体说明SJA1000 是一种独立控制器用于移动目标和一般
41、工业环境中的区域网络控制CAN 它是PHILIPS半导体PCA82C200 CAN 控制器BasicCAN 的替代产品而且它增加了一种新的工作模式PeliCAN ,这种模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B 协议3SJA1000原理结构图SJA1000原理结构图如图4.1所示。图4.1 SJA1000原理结构图4BasicCAN模式地址分配表在本次设计当中，主要使用BasicCAN模式。SJA1000是一种I/O设备基于内存编址的微控制器。双设备的独立操作是通过象RAM 一样的片内寄存器修正来实现的。SJA1000的地址区包括控制段和信息缓冲区。控制段在初始化载入是可被编程来配置通讯参数的（
42、例如位时序）微控制器也是通过这个段来控制CAN总线上的通讯的。在初始化时，CLKOUT信号可以被微控制器编程指定一个值。应发送的信息会被写入发送缓冲器。成功接收信息后，微控制器从接收缓冲器中读取接收的信息，然后释放空间以做下一步应用。微控制器和SJA1000之间状态、控制和命令信号的交换都是在控制段中完成的。初始载入后寄存器的验收代码验收屏蔽总线定时寄存器0和1以及输出控制就不能改变了只有控制寄存器的复位位被置高时才可以访问这些寄存器。在以下两种不同的模式中访问寄存器是不同的 复位模式 工作模式当硬件复位或控制器掉线时会自动进入复位模式。工作模式是通过置位控制寄存器的复位请求位激活的。4.2.
43、2 控制器原理图图4.2 控制器原理图控制器原理如图4.2所示。CAN接口控制信号和数据信号都是直接连接单片机的端口。SJA1000采用独立晶振，复位端连接单片机的复位键，和单片机同步复位。在RX1处连接一个分压网络，使RX1的电平处在1/2Vcc左右，有利于接受信号的判断。4.2.3 CAN光纤接口原理1、首先我们从Wire-CAN接口来分析Fiber-CAN的可行性。图4.3 Wire-CAN 总线接口82C250是CAN 收发器，它是CAN 控制器(SJAl000)与物理总线之间的接口，它提供向总线的差动发送能力和对CAN 控制器的差动接受能力，CAN 收发器的真值表见表4.1和图4.3
44、中82C250中各管脚的功能分别是：TxD 为发送数据输入端，V为电源电压，RxD 为接收数据输出端， 髓为基准电压输出端，CANH 为高电平CAN 电压输入输出端，CANL为低电平CAN 电压输入输出端。图中SJA1000个管脚的功能分别是：TXO为CAN 输出驱动器0输出。TX1为CAN 输出驱动器1输出，RX1为输入比较器输入端1，RX0为输入比较器输入端。表4.1 CAN收发器82C250的真值表TxDCANHCANL总线状态RxD0高电平低电平显性01(或悬浮)悬浮状态悬浮状态隐性1由图4.3和表4.1可见，当SJA1000的TX0端输出0电平时，82C250的TxD端也为0电平，此
45、信号经82C250差动发送后，使cANH 为高电平，cANL为低电平，总线状态呈显性。在这种情况下，接在总线上其它节点的82C250进行差动接收，其RxD端输出0电平。由于SJA1000与82C250的连接关系是：RX0接RxD，RX1接VREF(当V =5 V 时，VREF一25 V )。此时对SJA1000而言，RX1 RX0，则SJA1000读入显性电平 ，或者说总线上的任一节点接收到的都是显性位。反之，当SJA1000的TX0为1电平时，82C250的RXD=1，有RX1 RX0，即所有 A1000收到显性位。反之，当某一SJA1000的TX0端输出1电平(隐性)时，所有SjA1000
46、的RX0端收到1电平，必有RX1RX0，即所有SJA1000收到隐性位。这一原则就是Fiber-CAN 总线接口必须满足的接口协议。2、Fiber-CAN接口原理图图4.4 Fiber-CAN接口原理图Fiber-CAN接口原理图如图4.4所示。Fiber-CAN接口主要采用SDH光收发一体模块作为光电转换模块，SDH收发模块内部集成了光电转换、增益控制、电平转换等功能，使得我们使用变的比较容易。SDH光收发一体模块5、6脚是模块的电源引脚，分别给发送单元和接收单元供电。为了滤出电源中的高频干扰，使用了LC滤波网络。TXD_C和RXD_C端分别是信号的输入和输出。4脚是光纤无光指示，当光纤中没有光的时候发光二极管发光