CAN總線技術簡介綜述1.1CAN總線特點“Controller

Area

Network”，CAN總線的英文名稱，從它的名字就能夠明白它是一種控制器局域網(wǎng)，一般都是運用在通訊的設備之中，同時，它也是國際上公認的總線之一，它是由德國公司提出的概念，它最初的出現(xiàn)就是為了實現(xiàn)各類汽車內(nèi)的電子控制系統(tǒng)中各不相同的要求實現(xiàn)統(tǒng)一化，能夠采用統(tǒng)一的標準，同時為了減少汽車電子設備的控制系統(tǒng)的導線數(shù)量，能夠通過多個LAN，實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)高速通信，因此在歐洲地區(qū)，它已經(jīng)成為了汽車行業(yè)的標準。我們以往的汽車設備中因為要求的不相同，基本采用的是一個電子設備配置一條專屬的導線，在使用了CAN總線控制技術之后，能夠?qū)崿F(xiàn)理論上的多個節(jié)點的控制，僅僅通過CAN總線一個單一的網(wǎng)絡總節(jié)點。但是我們在現(xiàn)實車輛中，往往不僅僅是只使用一個CAN總線，為了讓車輛控制系統(tǒng)有著更高的魯棒性，通過CAN總線能夠增強它的抗干擾能力。我們需要知道CAN總線經(jīng)過發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了兩種不同版本，它們可以根據(jù)不同性能的需求來自有選擇，第一種是標準的1.1版本，它是最初時的總線版本，有著11位數(shù)的標識符長度，但是面對干擾能力強的電子設備，所以出現(xiàn)了CAN1.0的拓展版本，在CAN1.0A的版本中對總線的魯棒性進行了加強，它和1.1版本一樣有著11位數(shù)的標識符長度，但是在CAN1.0B的版本中對總線的標識符長度擴展為29位，能夠接收29位的標識符報文。（2）CAN總線的特性[8-9]我們使用CAN總線的原因在于它有著諸多優(yōu)點是其他單一導線所不具備的，因此人們都傾向于選擇CAN總線。首先第一點就是使用CAN總線能夠節(jié)約成本和擁有者對空間的極大利用率，而不像單一導線那樣占空間和重復成本的使用；其次就是它能夠在保證高速的數(shù)據(jù)傳輸速率的同時有著更長的傳輸距離，這是其他導線所不具備；最重要的是CAN總線有著自我的檢驗錯誤機制和處理機制，并且在發(fā)生嚴重的情況下能夠自動的退出總線功能。1.2數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)CAN協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，我們首先對其的OSI參考模型進行展示，并且將它的分層結構標注出來，如圖2-1所示。圖2-1CAN的分層結構1.3報文的發(fā)送1.3.1報文傳輸我們在了解CAN是做數(shù)據(jù)傳輸作用的導線時，需要明白它主要傳輸?shù)男畔挝环Q作為報文，并且按照種類的不同，我們將其分為了幀間隔、過載幀、錯誤幀、遙控幀、數(shù)據(jù)幀五大類型，它們分別有著不同的作用。數(shù)據(jù)幀：主要作用是作為信息數(shù)據(jù)的幀。遙控幀：主要接收從數(shù)據(jù)幀傳來的信息幀。錯誤幀：主要作為檢測作用，用于檢測錯誤信息的幀。過載幀：主要是防止接受單位繁忙，未能及時接收幀。幀間隔：將前面的數(shù)據(jù)幀傳輸過來的幀進行分離作用。圖2-2CAN總線數(shù)據(jù)幀格式1.3.2數(shù)據(jù)幀如上文提到的CAN總線經(jīng)過發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了兩種不同版本，在CAN1.0的拓展版本，在CAN1.0A的版本中對總線的魯棒性進行了加強，它和1.1版本一樣有著11位數(shù)的標識符長度，但是在CAN1.0B的版本中對總線的標識符長度擴展為29位，能夠接收29位的標識符報文。在圖2-2所示的是數(shù)據(jù)幀的七個場，他分別由幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、ACK場、幀結尾七個組成，我們對其進行詳細的闡述。（1）幀起始通過它的名字我們就能知道，它主要起的是顯示作用，作為幀的起始位置，代表著幀的開始，因此它也是一位顯性位數(shù)。（2）仲裁場我們需要知道，在一個標準的幀里面，它有著由ID10到IDO共11位的標識符，而仲裁場的組成是由一個標準幀加上一位隱性的RTR位組成。（3）控制場我們需要知道，在一個標準的幀里面，由1位顯性的IDE位、1位顯性的r0位和4位DLC段組成是控制場。在擴展幀里，控制場的組成是由一位顯性的R1位、1位顯性的r0位和4位DLC段組成。（4）數(shù)據(jù)場我們將準備好的0～8字節(jié)數(shù)據(jù)準備用以發(fā)送時，它就構成了數(shù)據(jù)場。（5）CRC場由15位循環(huán)冗余碼和1位隱性界定符就構成了CRC場。（6）ACK場ACK場的定義為在Slot的發(fā)送階段，它是呈隱性位數(shù)，但是在它的接受段就為顯性位數(shù)。（7）幀結尾一般在幀的傳輸結束之后，它的結尾就稱之為幀結尾，通常是由7位隱性位序列組成。1.4CAN總線的數(shù)值特性我們需要知道CAN總線中運用到了諸多物理介質(zhì)，而我們在平常使中最常見的是兩根導線的雙絞線類型。該類型的使用能夠使其擁有兩條信號線，分為和這兩種，因此能夠使其保證穩(wěn)定的靜態(tài)電壓，保持在1.5V左右。我們在設計這兩條信號線的時候，顯性位的是由表示，而隱性位通常是在比高表示的。并且我們對于和也有著要求，一般電壓為：。CAN總線發(fā)出的數(shù)據(jù)是由隱性位和顯性位組成。我們將“顯性”邏輯表示為0，而“隱性”邏輯表示為1，并且發(fā)生當顯性和隱性一起存在時，最終總線數(shù)值顯示的為“顯性”。如圖2-3所示的就是我們對CAN總線的一個數(shù)值表達式，對圖進行分析我們可以得到當總線整體處于“隱性”的狀態(tài)時，和有著一個平穩(wěn)的電壓水平，并且因為我們發(fā)送的數(shù)據(jù)是一個隱性的數(shù)據(jù)，所以在最終的檢測環(huán)節(jié)時會是顯性位來檢測，檢測不到這樣高的優(yōu)先級數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)會自動的退出，同理，相反的行為，由顯性位發(fā)送至隱形位的數(shù)據(jù)也會被判定為錯誤，導致系統(tǒng)的自動退出。圖1.3CAN總線位的數(shù)值表示1.5抗干擾技術在CAN總線技術被廣泛運用的最重要一點就是在于他有著出色的抗干擾能力，面對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的錯誤行為有著出色的魯棒性，因此CAN協(xié)議中有著對常見錯誤的歸類，對五大類的錯誤有著專門的應變，和多種錯誤同時發(fā)生時的應對措施，我們對常見的錯誤種類進行了詳細闡述如表2-4所示。錯誤的種類錯誤的內(nèi)容錯誤的檢測幀（段）檢測單元位錯誤比較輸出電平和總線電平（不含填充位）當兩電平不一樣時所檢測到的錯誤。數(shù)據(jù)幀（SOF-EOF）遙控幀（SOF-EOF）錯誤幀（SOF-EOF）發(fā)送單元接收單元填充錯誤在需要位填充的段內(nèi)，連續(xù)檢測到6位相同的電平時所檢測到的錯誤。數(shù)據(jù)幀（SOF-EOF）遙控幀（SOF-EOF）發(fā)送單元接收單元CRC錯誤從接收到的數(shù)據(jù)計算出的CRC結果與接收到的CRC順序不同時所檢測到的錯誤。數(shù)據(jù)幀（CRC順序）遙控幀（CRC順序）接收單元格式錯誤檢測出與固定格式的位段相反的格式時，所檢測到的錯誤。數(shù)據(jù)幀（CRC界定符、ACK界定符、EOF）遙控幀（CRC界定符、ACK界定符、EOF）錯誤界定符·過載界定符接收單元ACK錯誤發(fā)送單元在ACK槽（ACKSIot）中檢測出隱性電平時，所檢測到的錯誤。數(shù)據(jù)幀（ACK槽）遙控幀（ACK槽）發(fā)送單元表1.4錯誤概況除了表中常見的幾大類錯誤之外，CAN協(xié)議還列出來了以下的兩種例外情況。(1)位錯誤位錯誤的發(fā)生通常出現(xiàn)在仲裁場中，當我們操作時發(fā)送的信號節(jié)點到仲裁場中之后輸出為隱性的電平，但檢測系統(tǒng)檢測的確實顯性的結果時，就會將這種錯誤視為是仲裁場的失利，而不僅僅是一個錯誤，因此我們需要了解到位錯誤的發(fā)生通常都是出現(xiàn)在仲裁場中，一般都是將仲裁場中輸出的隱性電平檢測為了顯性這種情況。(2)格式錯誤格式錯誤的意思是我們在最終結尾處輸出的幀不是隱性結尾的電平，而是顯性結尾，這種情況通常稱之為格式錯誤，但是也要同時檢測一下控制場中的DLC數(shù)據(jù)，當它顯示的碼值大于8時，就不能稱之為格式錯誤。1.7CAN總線的系統(tǒng)構成從基本的原理來講，我們想要擁有一個CAN總線的系統(tǒng)只需要擁有著兩個節(jié)點，并且將他們使用導線連接在一起就可以了，這就是最基本的CAN總線系統(tǒng)，但是我們一般使用CAN總線系統(tǒng)的目的是解決復雜多量的控制系統(tǒng)之間的簡潔化，因此一般都是采用多個節(jié)點來進行控制的，多個節(jié)點之間實現(xiàn)通信的功能，實現(xiàn)信息的交互，我們在實現(xiàn)控制的時候只需要擁有控制器、傳感器和執(zhí)行器就能組成一個控制回路[12][13][14]。1.8CAN總線常用器件1.8.1CAN總線控制器SJA10001.SJA1000基本特性[15]CAN的控制器是實現(xiàn)CAN通信的關鍵硬件，它與其他控制器之間的連接就能夠?qū)崿F(xiàn)各類動作的控制，是由公司首新推出的獨立CAN總線控制器，它具有完成CAN高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性。有著不同的特性：（1）與的管腳能夠?qū)崿F(xiàn)兼容；（2）它自帶的軟件與能夠?qū)崿F(xiàn)兼容；（3）擴展的接收緩沖器；（4）支持CAN1.0B協(xié)議；（5）同時支持11位和29位標識符；（6）位通訊速率為1Mbps；（7）的頻率是我們一直使用的；（8）擁有者多種微處理的功能，有多個拓展接口；（9）CAN的輸出驅(qū)動配置。1.8.2

CAN收發(fā)器82C250的硬件結構和功能1.82C250的硬件結構[16][17]我們需要知道CAN總線的收發(fā)器都是為了能夠?qū)崿F(xiàn)控制器之間的信息交互，因此它需要擁有著相互的接口和穩(wěn)定的傳輸速錄，而我們選擇的型號能夠提供高達的速率，并且能夠有著主要特性：首先最重要的一點就是他在滿足標準的前提下完成了高速率信息的交互，能夠?qū)崿F(xiàn)電子設備的快速響應，同時在面對錯誤信息發(fā)生時能夠瞬間干擾，起到保護總線的能力，防止硬件設備的全部損壞。同時在擁有者抗電磁干擾和抗共模干擾的硬件下能夠?qū)崿F(xiàn)機器面對錯誤的的自我切斷。1.82C250引腳[17]引腳的作用是在設備高速運行的時候能夠進行控制，因此我們對82C250的引腳圖進行了展示，如圖1.6所示。圖1.682C250引腳圖1.8.3微處理器STC89C52單片機介紹Single

Chip

Microcomputer是單片機的英文稱呼，它全稱的意思是單片的微型計算機，它主要是為了實現(xiàn)工業(yè)上面指令的控制來設計的，他將計算機的各類功能部件進行組合，實現(xiàn)一個微小的計算機，我們只需要通過對這塊微小的芯片進行處理，就能夠?qū)崿F(xiàn)機器的各種控制，是在工業(yè)上面最長使用的一種硬件，因此它又被稱之為單片微控制器[27]。1.主要功能特點本課題基于89c52單片機，他有著如下的功能特性：我們在面對各種增強型的單片機時，它有著多種可以選擇的軸器，分別是6時鐘制和12時鐘制，能夠完全兼容傳統(tǒng)的單片機型號。當其工作時的電壓范圍：當其工作時的頻率范圍：，相對于普通型號的單片機的頻率，并且最高的實際工作評論可以達到實際操作的程序空間：(STC89C516)集成常用的口(個，在進行復位后為：是準雙向口)；口為開漏輸出，在需要時進行拓展使用，不需要時可以關閉?？梢栽跓o專用的編程器時直接使用，并可以可通過串口(

)來進行直接的下載并且傳輸速度快。具備的功能。我們在使用內(nèi)部的集成專用復位電路時（版本和版本才有)，當我們在外部的晶體達到以下時，可以省去外部的復位腳，讓復位腳可直接接地。裝備擁有著足夠的定時器和計數(shù)器。可以通過中斷外部的4條