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1、正文,主编,第三章控制器局域网,第一节概述第二节CAN协议第三节CAN的基本组成和数据传输原理第四节CAN主要部件的结构原理第五节CAN设计基础,第一节概述,一、CAN总线的特性二、CAN总线的位数值表示与通信距离,一、CAN总线的特性,1.CAN的特点2.CAN数据传输系统的优点3.传输线颜色特点,1.CAN的特点,1)CAN支持从几千到1Mbits的传输速率。2)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。4)错误检测校正能力强，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。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功能。7)大部分C
2、AN在丢失仲裁或出错时，具有信息自动重发功能。,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传输。2)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10km；数据传输速率高，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单元间进行数据交换。5)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，节省电控单元的有限空间。7)节省大量有色金属，成本相对较低。,3.传输线颜色特点,CAN总线基本颜色为橙色；CAN-L(低位)均为棕色；CAN-H(高位)中的驱动系统传输线为黑色，舒适系统传输线为绿色，信
3、息系统传输线为紫色。,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,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,第二节CAN协议,一、概述二、CAN的分层结构三、不同版本通信协议与互联,一、概述,CAN技术的应用推广，要求通信协议标准化。1991年9月，Bosch公司制定并发布了CAN技术规范(Version2.0)，该技术规范包括A和B两部分。,表3-2CAN协议与相关标准,一、概述,表3-3通信协议按速度分类,一、概述,二、CAN的分层结构,1.数据链路层2.物理层,二、CAN的分层结构,图3-2数据链路层和物理层功能框图,1.数
4、据链路层,(1)逻辑链路控制(LLC)(2)媒体访问控制,1)功能。接收滤波。在LLC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。超载通知。若接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或LLC远程帧，则通过LLC子层开始发送超载帧。2)LLC帧结构。LLC数据帧。由3个位场，即标识符场、数据字长度码(DLC)场和数据场组成，如图3-3所示。LLC远程帧。由标识符场和DLC场组成，如图3-4所示。,(1)逻辑链路控制(LLC),(1)逻辑链路控制(LLC),(1)逻辑链路控制(LLC),表3-4由DLC表示的数据字节数编码,1)功能模型 发送部分功能。接收部分功能。2）MAC帧结构 数
5、据帧。MAC远程帧 出错帧。超载帧。帧间空间。,(2)媒体访问控制,1)功能模型,图3-5媒体访问控制功能,发送部分功能。,发送数据封装：接收LLC帧及接口控制信息，循环冗余检验(CRC)通过向LLC帧附加帧起始(SOF)和远程发送请求(RTR)、保留位、CRC、应答(ACK)和帧结束(EOF)。,接收部分功能。,接收媒体访问管理:由物理层接收串行位流；解除串行结构并重新构建帧结构；检测填充位(解除位填充)；错误检测(CRC、格式校验、填充规则校验)；发送应答；构造错误帧并开始发送；确认超载条件；重新激活超载帧结构并开始发送。,数据帧,图3-6MAC数据帧,MAC远程帧,图3-7MAC远程帧,
6、由两个不同场构成，第一个由来自不同节点的错误标志叠加给出，第二个为错误界定符。错误标志：分为活动错误标志和认可错误标志，前者由6位连续的“显性”位组成，后者由6位连续的“隐性”位组成。认可错误标志部分或所有位由来自其他节点的“显性”位改写。,出错帧,存在两类具有相同格式的超载帧，即LLC要求的超载帧和重激活超载帧，前者为LLC层所要求，表明内部超载状态；后者由MAC层的一些出错条件而启动发送。,超载帧,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,3)MAC帧编码和发送接收,SOF、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列帧段
7、均以位填充方法进行编码。当发送器在发送位流中检测到5个数值相同的连续位(包括填充位)时，在实际发送位流中，自动插入一个补码位。,图3-9位发送次序,4)媒体访问和仲裁,5)错误检测,错误类型 错误界定规则,错误类型,位错误：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。填充错误：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。CRC错误：CRC序列由发送器的CRC计算结果构成，接收器以发送器相同的方法计算CRC。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位
8、时，不将其理解为形式错误。,错误界定规则,“错误激活”节点：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。“错误认可”节点：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6个连续的隐性位组成“总线脱离”节点：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“总线脱离”状态。,图3-10节点错误状态转换,错误界定规则,2.物理层,(1)物理层结构(2)位时间(3)同步,(1)物理层结构,图3-11物理层结构,(2)位时间,图3-12正常位时间的组成,(3)同步,1)在一个位时间内仅允许一种同步。2)只有先前采样点检测到的数值
9、(先前读总线数值)不同于边沿后即现的总线数值时，边沿才被用于同步。3)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。4)所有满足规则1)和2)的其他隐性至显性的跳变沿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。,三、不同版本通信协议与互联,1.B类通信协议与C类通信协议互联2.通用工作负荷特性3.低速车身控制系统实施高速的CAN协议,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,图3-14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,2.通
10、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。,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(2)串行链路输入输出控制器局域网(3)SLIO的物理寻址方法(4)SLIOCAN的信息发送方式(5)SLIOCAN总线与CAN总线对比(6)SLIOCAN车身控制系统的布局(7)SLIOCAN网络发生故障时的“对抗措施”(8)SLIOCAN车身控制系统的“即插即用”特性,(1)低速车身控制系统的含义,低速(小于125Kbits)车身控制系统
11、主要指汽车灯光、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，会使生产成本和维修费用提高。,(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。,(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,(4)SLIOCAN的信息发送方式,为了使S
12、LIO的内部振荡器同步以供总线定时，主控制器须每隔3800位时间发送1条标定帧，只需标定SLIO节点，就能发送1条CAN信息。,(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,(6)SLIOCAN车身控制系统的布局,图3-16采用SLIOCAN的车身控制系统,(7)SLIOCAN网络发生故障时的“对抗措施”,针对总线故障，SLIOCAN与智能的CAN节点相同，即一旦CAN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低效运行方式或缓复位。,(8)SLIOCAN车身控制系统的“即插即用”特性,图3-17
13、SLIOCAN车身控制系统,(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,4.大型汽车中应用最广泛的应用层协议SAE,SAE J1939由美国SAE组织维护和推广，其特点如下：1)以CAN 2.0B协议为基础，物理层标准与ISO 11898规范兼容，并采用符合该规范的CAN控制器和收发器。通信速率最高可达250Kbit/s。2)采用协议数据单元(PDU)传送信息，每个PDU相当于CAN协议中的一帧。3)利用CAN 2.0B扩展帧格式的29位标志符定义每一个PDU的含义以及PDU的优先级。4)J1939协议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
14、数都进行了规定，参数的规定符合ISO 11992标准。,第三节CAN的基本组成和数据传输原理,一、CAN的基本组成二、数据传输原理,一、CAN的基本组成,1.电控单元2.CAN控制器3.CAN收发器4.数据传递终端5.CAN总线,一、CAN的基本组成,图3-19CAN的基本组成,一、CAN的基本组成,图3-20CAN接线80C51单片机SJA1000CAN控制器PCA2C250CAN收发器,1.电控单元,图3-21CAN网络框架,1.电控单元,图3-22带有CAN收发功能的电控单元内部结构,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，实现通信模型中物理层和数据链路层的功能，
15、并对外提供与电控单元的物理接口。通过对CAN控制器编程，可设置其工作方式，控制其工作状态，进行数据发送和接收，以它为基础建立应用层。,3.CAN收发器,图3-23与TX线耦合的收发器,3.CAN收发器,表3-8收发器的特点,3.CAN收发器,图3-243个收发器耦合于一根总线,表3-9收发器状态与总线电压,3.CAN收发器,4.数据传递终端,(1)分离终端(2)多终端(3)单终端(4)非匹配终端,(1)分离终端,图3-25分离终端连接方式,(2)多终端,图3-26多终端连接方式,(3)单终端,在某些情况下，仅仅只有一个终端电阻(124或62)位于主节点中。从CAN位定时要求方面考虑，系统配置应
16、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长度的50。,(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，以减少对线路双绞的要求，在同等配置下可增加驱动能力或降低功耗。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，相应的总线延时会急剧增加，位速率急剧降低。,5.CAN总线,图3-27CAN数据传输线,二、数据传输原理,1.信息格式转换与请求发送信息2.发送开始(总线空闲判断)3.发送信息4.接收过程5.位仲裁,图3-28CAN数据格式,1.信息格式转换与请求发送信息,2.发送开始(总线空闲判断),图3-29总线空
17、闲判断,3.发送信息,图3-30发送信息,4.接收过程,图3-31信息接收,4.接收过程,1)第一步：检查信息是否正确(监控层)。2)第二步：检查信息是否可用(接收层)。,1)第一步：检查信息是否正确(监控层)。,图3-32确认位(应答场),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),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),5.位仲裁,(1)位仲裁的特点(2)位仲裁实施过程,(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
18、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11位标识符中，最低二进制数的标识符具有最高的优先级。,(2)位仲裁实施过程,图3-35信息发送过程,(2)位仲裁实施过程,表3-10信息与标识符,第四节CAN主要部件的结构原理,一、CAN控制器二、CAN收发器,一、CAN控制器,1.CAN独立控制器SJA10002.CAN集成电控单元P8xC591,1.CAN独立控制器SJA1000,(1)SJA1000的特点(2)SJA1000的结构(3)SJA1000的工作模式,(1)SJA1000的特点,1)与PCA82C200独立的CAN控制器端子兼容、电气兼容，具有PCA8
19、2C200模式，即默认的BasicCAN模式。2)扩展的接收缓冲器为64B，先进先出(FIFO)。3)与CAN 2.OB协议兼容(PCA82C200兼容模式中的无源扩展结构)，同时支持11位和29位识别码4)位速率可达1Mbits。5)24MHz时钟频率。6)对应不同电控单元的接口。,7)可编程的CAN收发器配置。8)温度适应范围扩大(-40+125)。9)PeliCAN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，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
20、速率检测)，接收过滤器扩展(4B代码、4B屏蔽)和自身报文接收(自接收请求)。,(1)SJA1000的特点,(2)SJA1000的结构,图3-36SJA1000结构框图,(2)SJA1000的结构,图3-37SJA1000插接器端子布置,(2)SJA1000的结构,图3-38SJA1000在CAN中的布置,(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,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
21、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。,命令寄存器(CMR)。命令位初始化SJA1000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1111 1111。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1/2。命令寄存器
22、各位的功能说明见表3-15。状态寄存器(SR)。状态寄存器的内容反映SJA1000的状态，为只读存储器。状态寄存器各位的功能说明见表3-16。中断寄存器(IR)。中断寄存器允许中断源识别，为只读存储器。发送缓冲区列表。发送缓冲区列表见表3-18。缓冲器用于存储单片机要SJA1000发送的信息，分为描述符区和数据区。,1)BasicCAN模式,接收缓冲器。接收缓冲器是RXFIFO中可访问的部分，位于CAN地址的2029之间，其全部列表与发送缓冲器类似。RXFIFO共有64B的信息空间(接收缓冲器当前的可用信息是信息1)，如图3-39所示。验收滤波器。在验收滤波器的帮助下，CAN控制器允许RXFI
23、FO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寄存器和验收屏蔽寄存器定义。,1)BasicCAN模式,图3-39RXFIFO中的报文存储,1)BasicCAN模式,表3-19ACR的位分配(CAN地址4),1)BasicCAN模式,2)PeliCAN模式,PeliCAN地址列表 模式寄存器(MOD)命令寄存器(CMR)状态寄存器 中断寄存器 中断使能寄存器(IER)仲裁丢失捕捉寄存器(ALC)错误代码捕捉寄存器(ECC)错误报警限制寄存器(EMLR)RX出错计数寄存器(RXERR),（11）TX出错计数寄存器(TXERR)（12）发送缓冲器的描述符区（13）接收缓冲器
24、（14）验收滤波器（15）RX信息计数器（RMC）(16)RX缓冲器起始地址寄存器(RBSA),2)PeliCAN模式,PeliCAN地址列表,CAN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。由于CAN控制器可工作在不同模式(工作复位)，因此必须区分不同的内部地址定义。从CAN地址32开始所有的内部RAM80B被映像为CPU的接口。PeliCAN的地址分配见表3-21。,模式寄存器(MOD),模式寄存器用于改变CAN控制器的行为方式，CPU将控制寄存器作为读/写寄存器，可设置这些位，保留位读值为逻辑0。,表3-23模式寄存器的复位值,模式寄存器(MOD),命令寄存器(C
25、MR),表3-24命令寄存器各位的功能说明(地址1),表3-24命令寄存器各位的功能说明(地址1),命令寄存器(CMR),表3-25命令寄存器的复位值,命令寄存器(CMR),表3-27状态寄存器的复位值与含义,状态寄存器,中断寄存器,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1时，将CAN中断通知CPU，CPU将除接收中断位外的所有位复位。,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。,仲裁丢失捕捉寄存器(ALC),图3-40仲裁丢失位说明,表3-30仲裁丢失捕捉寄存器各位的功能说明(CA
26、N地址11),仲裁丢失捕捉寄存器(ALC),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),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),RX出错计数寄存器(RXERR),表3-34RXERR各位的功能说明(CAN地址14),（11）TX出错计数寄存器(TXERR),表3-35TXERR各位的功能说明(CAN地址15),（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,表3-36TX帧信息(SFF)(CAN地址16),（12）发送缓冲器的描述符区,表3-37TX识别码1
27、(SFF)(CAN地址17),（12）发送缓冲器的描述符区,表3-38TX识别码2(SFF)(CAN地址18),（12）发送缓冲器的描述符区,表3-39TX帧信息(EFF)(CAN地址16),（12）发送缓冲器的描述符区,表3-40TX识别码1(EFF)(CAN地址17),（12）发送缓冲器的描述符区,表3-41TX识别码2(EFF)(CAN地址18),（12）发送缓冲器的描述符区,表3-42TX识别码3(EFF)(CAN地址19),（12）发送缓冲器的描述符区,表3-43TX识别码4(EFF)(CAN地址20),（12）发送缓冲器的描述符区,（13）接收缓冲器,图3-42RXFIFO中的信息
28、存储注：接收缓冲器中当前的可用信息是信息1。,（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,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,（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,(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,3)命令寄存器,总线定时寄存器0(BTR0)总线定时寄存器1(BTR1)SJA1000的BRP计算 输出控制寄存器(OCR)时钟分频寄存器(CDR),总线定时寄存器0(BTR0),表3-55BTR0各位的功能说明(CAN地址6),表3-56BTR1各位的功能说明(C
29、AN地址7),总线定时寄存器1(BTR1),表3-57采样位的功能说明,总线定时寄存器1(BTR1),图3-47一个位周期的整体结构,总线定时寄存器1(BTR1),SJA1000的BRP计算,1个系统时钟1个位周期则设置BTR0和BTR1参数后，实际传输的波特率范围,表3-58OCR各位的功能说明(CAN地址8),输出控制寄存器(OCR),图3-48收发器的输入/输出控制逻辑,输出控制寄存器(OCR),表3-59OCMODE位的说明,输出控制寄存器(OCR),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),表3-60输出端子配置,输出控制
30、寄存器(OCR),时钟分频寄存器(CDR),表3-61CDR各位的功能说明(CAN地址31),时钟分频寄存器(CDR),表3-62频率选择,2.括号中是功能说明。,表3-63SJA1000的主要电气参数,4)主要电气参数,SJA1000的主要电气参数见表3-63。,2.CAN集成电控单元P8xC591,(1)硬件构成及其功能(2)存储系统,(1)硬件构成及其功能,图3-51P8xC591功能框图,(2)存储系统,1)程序存储器2)数据存储器3)I/O结构,1)程序存储器,P8xC591包含16KB内部程序存储器，可使用外部存储器扩展到64KB。当EA为高电平时，P8xC591从内部ROM读取地
31、址，除非地址超过3FFFH。地址4000HFFFFH取自外部程序存储器。EA在复位时锁存，复位之后不用考虑。对于ROM和EPROM的P8xC591，器件执行防范措施，以确保不会被非法的程序存储器读取。,2)数据存储器,分4个独立部分，即低128B RAM(地址00H7FH，可直接和间接寻址)、高128B RAM(地址80HFFH，为间接寻址)、128B特殊功能寄存器(SFR，地址80HFFH，只能直接寻址)和256B辅助AUX-RAM(地址00HFFH)，通过MOVX间接寻址且EXTRAM位清零。,3)I/O结构,P0与80C51电控单元功能相同。复位后，P0口特殊功能寄存器为FFH。P0还提
32、供复用的低位地址和数据总线，用于扩展P8xC591的标准存储器和外围设备。P1支持几种可选功能，具有不同的I/O状态。在复位后，P1.0和P1.1为高电平，而P1.2P1.7为高阻态(三态)。P2与80C51电控单元功能相同。复位后，P1口特殊功能寄存器为FFH；P2还提供复用的高位地址和数据总线，用于扩展P8xC591电控单元功能的外部存储器和域外部数据存储器。P3与80C51电控单元功能相同。复位后,P3口特殊功能寄存器为FFH。,二、CAN收发器,CAN收发器PCA82C2502.CAN收发器TJA10403.PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较和升级4.工作
33、模式5.互操作性6.硬件问题,1.CAN收发器PCA82C250,(1)PCA82C250的主要特点(2)PCA82C250的结构(3)PCA82C250的工作原理,(1)PCA82C250的主要特点,1)与ISO 11898标准完全兼容。2)高速率(1Mbit/s)。3)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。5)低电流待机模式。6)在24V系统中防止电池对搭铁短路。7)过热保护。8)未上电时，节点不会干扰总线。9)总线至少可连接110个节点。,(2)PCA82C250的结构,图3-52CAN收发器PCA82C250,(2)PCA82C250的结
34、构,表3-64PCA82C250基本性能参数,(2)PCA82C250的结构,表3-64PCA82C250基本性能参数,(2)PCA82C250的结构,表3-65PCA82C250端子功能,(3)PCA82C250的工作原理,PCA82C250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。当短路出现时功耗增加，可避免损坏输出级。若结温超过160，则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，器件的其他部分将继续工作。PCA82C250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。,2.CAN收发器TJA1040,图3-
35、53TJA1040功能框图,2.CAN收发器TJA1040,表3-68TJA1040端子功能,2.CAN收发器TJA1040,(1)正常模式收发器通过总线CAN-H和CAN-L发送和接收数据。(2)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。(3)分解网络分解网络为0.5VCC的直流稳压源，只在正常模式中接通。(4)唤醒在待机模式中，总线由低功耗的差动比较器监控。,（5)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165，收发器会被禁止，直到实际连接点温度低于165后，TXD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响。(6)TXD显性超时功能当端
36、子TXD由于硬件和/或软件程序的错误而被持续地置为低电平时，TXD显性和斜率定时器电路可防止总线进入持续的显性状态(阻塞所有网络通信)。(7)自动防故障功能端子TXD提供了一个向VCC的上拉，当不使用端子TXD时，保持隐性电平。端子STB提供了一个向VCC的上拉，当不使用端子STB时，使收发器进入待机模式。,2.CAN收发器TJA1040,3.PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较和升级,(1)PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较(2)PCA82C250/251、TJA1050和TJA1040插接器的端子布置,(1)PCA82C250/25
37、1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。,(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,4.工作模式,表3-70工作模式及端子8相应的设置,4.工作模式,(1)正常(高速)模式(2)待机模式(3)斜率控制模式(4)静音模
38、式,(1)正常(高速)模式,对于总线收发器，正常(高速)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RXD输出。,(2)待机模式,PCA82C250/251和TJA1040提供了一个专用的待机模式，电流消耗减到最低(如TJA1040最大为15A，PCA82C250最大为170A)。在待机模式中，TJA1040和PCA82C250/251发送器完全禁能，TJA1040和PCA82C250/251提供了与Babbling Idiot节点一致的静音功能。,(3)斜率控制模式,只有PCA82C250/251提供斜率控制模式。
39、通过RS端子和GND之间的电平连接电阻调整斜率。TJA1050和TJA1040的抗电磁干扰性比PCA82C250/251提高了20dB，可摆脱共模扼流。,(4)静音模式,TJA1050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TXD发送至总线。如同TJA1040待机模式，该静音模式可建立一个Babbling Idiot保护。静音模式中，接收器保持激活状态，可执行“只听”功能。,5.互操作性,(1)TJA1040和PCA82C250/C251、TJA1050混合使用(2)TJA1040和TJA1041节点混合使用,5.互操作性,表3-71不同工作模式和不上电情况下的总线偏压,5.
40、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,(1)TJA1040和PCA82C250/C251、TJA1050混合使用,表3-72不同的总线偏压和补偿电流,(2)TJA1040和TJA1041节点混合使用,表3-73TJA1040和TJA1041节点的混合模式,6.硬件问题,图3-56PCA82C250/251的典型应用电路,6.硬件问题,图3-57TJA1050的典型应用电路,6.硬件问题,图3-58TJA1040的典型应用电路,第五节CAN设计基础,一、CAN智能节点设计二、CAN网桥设计,一、CAN智能节点设计,1.CAN智能节点硬件设计2.C
41、AN智能节点软件设计,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,2.CAN智能节点软件设计,(1)初始化过程(2)发送过程(3)接收过程,(1)初始化过程,SJA1000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、接收屏蔽寄存器(AMR)和接收代码寄存器(ACR)、波特率参数和中断允许寄存器(IER)的设置等。,(2)发送过程,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SJA1000发送缓存区中，然后启动SJA1000发送即可。在向SJA1000发送缓存区送报文之前，必须先作一些判断。发送程序分发送数据帧和远程
42、帧两种，远程帧无数据场。,(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、错误报警、接收溢出等情况进行处理。SJA1000报文的接收主要有中断接收方式和查询接收方式，二者编程思路基本相同。,二、CAN网桥设计,1.CAN网桥硬件电路设计2.CAN网桥软件设计,1.CAN网桥硬件电路设计,图3-60CAN网桥硬件结构,2.CAN网桥软件设计,(1)主监控程序设计(2)接收中断子程序设计(3)发送子程序设计,(1)主监控程序设计,图3-61主监控程序流程,(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,(3)发送子程序设计,发送子程序进行FIFO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CAN总线控制器。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CAN总线控制器非空时，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FIFO中数据向另一方发送外，同样FIFO也进行相应的参数调整，包括发送数据指针和FIFO中存储数据的有效字节长度。,
