第12章 CAN接口

1、CAN總線概述 CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。 CAN總線是德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議,是交通運(yùn)載工具電氣系統(tǒng)中應(yīng)用較廣的總線?，F(xiàn)在向過程工業(yè)，機(jī)械工業(yè)，機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，傳感器等方面發(fā)展。 1993年11月，ISO正式頒布CAN為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。 支持CAN協(xié)議的公司有Intel、Motorola、Philips、Sie

2、mens、NEC、Honeywell等公司。 傳輸速率： 可達(dá)到1Mbps（40米以內(nèi)） 傳輸距離： 10千米（5kbps以下） 支持的介質(zhì)：銅線，光纖 媒體訪問控制方式：CSMA/沖突按優(yōu)先權(quán)解決 可掛接的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)：110 基本特性： 信號(hào)使用差分電壓傳送，兩條信號(hào)線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時(shí)均是2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯形”，此時(shí)，通常電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V。CAN差分電壓，總線位的數(shù)值表示 CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò) 可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及

3、全網(wǎng)廣播幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù) 為多主方式工作，通信方式靈活 CAN網(wǎng)絡(luò)按節(jié)點(diǎn)類型分成不同的優(yōu)先級(jí) CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級(jí)仲裁技術(shù) 每幀信息都有循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC及其它檢錯(cuò)措施 CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能 CAN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞 每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文起始部分有一個(gè)11位的標(biāo)志符ID 數(shù)據(jù)域?yàn)?-8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位。 幀間空間 仲裁場 控制場 數(shù)據(jù)場 CRC場 幀結(jié)束 數(shù)據(jù)幀 幀起始 應(yīng)答場 幀間空間 或過載幀 數(shù)據(jù)幀組成幀間空間幀間空間仲裁場仲裁場控制場控制場CRC場場幀結(jié)束幀結(jié)束遠(yuǎn)程幀遠(yuǎn)程幀幀起始幀起始應(yīng)答場應(yīng)答場幀間空間幀間空間或過載幀或過載幀遠(yuǎn)程幀的組

4、成 數(shù)據(jù)幀 錯(cuò)誤標(biāo)志 錯(cuò)誤標(biāo)志的重疊 錯(cuò)誤界定符 錯(cuò)誤幀 幀間空間 或過載幀 錯(cuò)誤幀的組成 數(shù)據(jù)幀 過載標(biāo)志 過載標(biāo)志的重疊 過載界定符 過載幀 幀間空間 或過載幀 過載幀的組成 CAN協(xié)議一般用來管理控制器、傳感器、執(zhí)行器和人機(jī)接口之間的數(shù)據(jù)傳輸；使用雙絞線，給用戶提供了一種低成本的系統(tǒng)連網(wǎng)方案。 由于協(xié)議本身的優(yōu)點(diǎn)，總線上的數(shù)據(jù)絕對(duì)不會(huì)發(fā)生沖突、數(shù)據(jù)遺失等現(xiàn)象，使得CAN廣泛用于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場和自動(dòng)化生產(chǎn)線。 LF24xx系列DSP控制器作為第一個(gè)具有片上CAN控制模塊的DSP芯片，給用戶提供一個(gè)設(shè)計(jì)分布式或網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的無限可能。 LF240X配置了一個(gè)符合CAN2.0B協(xié)議的

5、CAN模塊。 CAN總線是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mbps，通信距離可達(dá)10km。 CAN協(xié)議的個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制。由于CAN總線具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，支持差分收發(fā)，因而適合高干擾環(huán)境，并具有較遠(yuǎn)的傳輸距離。 CAN協(xié)議對(duì)于許多領(lǐng)域的分布式測控是很有吸引力的，目前CAN已成為IS011898標(biāo)準(zhǔn)，其特性如下：(1) CAN是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。(2) CAN協(xié)議遵循ISOOSI模型，采用了其中的物理層、數(shù) 據(jù)鏈路層與應(yīng)用層。(3) CAN可以多

6、主模式工作，本質(zhì)上也是種CSMA/CD方式， 網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò) 上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)點(diǎn)之間的優(yōu) 先級(jí)之分，因而通信方式靈活。(4) CAN采用非破壞性位仲裁技術(shù)，優(yōu)先級(jí)發(fā)送，可以大大 節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間，在重負(fù)荷下表現(xiàn)出良好的性 能。(5) CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(成組)及全局廣播等幾種 方式傳送和接收數(shù)據(jù)。(6) CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(傳輸速率為5Kbps)； 最高通信速率可達(dá)1Mbps(傳輸距離為40m)。(7) CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。(8) CAN數(shù)據(jù)鏈路層采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀為8個(gè)字節(jié)，易 于糾錯(cuò)。可滿足

7、通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令工作狀態(tài)及 測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線 時(shí)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。(9) CAN每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，有效地降 低了數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率。 CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能， 使總線上其它節(jié)點(diǎn)不受影響。(11) 信號(hào)調(diào)制解調(diào)方式采用NBZ(非歸零)編碼解碼方式， 并且采用插入填充位(位填充)技術(shù)。(12) 數(shù)據(jù)位具有支配 “0” (Dominant bit)和退讓 “1” (Recessive bit)兩種邏輯值，采用時(shí)鐘同步技術(shù)，具 有硬件自同步和定時(shí)時(shí)間自動(dòng)跟蹤功能。 CANCAN協(xié)議支持用于通信的協(xié)議支持用于通信的

8、4 4種不同的幀類型：種不同的幀類型： 數(shù)據(jù)幀：從發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。 遠(yuǎn)程幀：通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使用相同的標(biāo)志符請(qǐng)求一個(gè) 數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。 錯(cuò)誤幀：在總線檢測錯(cuò)誤時(shí)，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的幀。 過載幀：在前面的和后面的數(shù)據(jù)幀之間提供一個(gè)額外的 延時(shí)。 CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀包含44到108位，而CAN擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀包含64到128位，另外，多達(dá)23個(gè)填充位可以插入到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幀中，多達(dá)28個(gè)填充位可以插入到擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀中，這要根據(jù)數(shù)據(jù)流的代碼來定。數(shù)據(jù)幀的最大長度為131位，擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的最大長度為156位。 如下圖所示，數(shù)據(jù)幀包含如下內(nèi)容： 幀的起始； 包含標(biāo)志符和被發(fā)送信息類型的仲裁域： 包含數(shù)據(jù)

9、位數(shù)的控制域； 多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)； 循環(huán)冗余檢查（CRC)； 應(yīng)答； 幀的結(jié)束 CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性，設(shè)計(jì)獨(dú)特，特別適合工業(yè)設(shè)備測控單元相連。因此，備受工業(yè)界的重視，并已被公認(rèn)為工業(yè)界最有前途的現(xiàn)場總線之一。 CAN總線一般用雙絞線，傳輸速率取絕于總線長度，總線長度小于40m時(shí)，傳輸速率可達(dá)1Mb/s。 CAN總線的連接如下圖所示，DSP需要通過一個(gè)CAN收發(fā)器連接到CAN總線上。12.1 CAN Controller Architecture12.2 Memory Map CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu) CAN總線接口部分電路舉例譯碼電路數(shù)據(jù)接口控 制 邏 輯雙 口 RAMCANT

10、 X CANRXT MS320LF2407CAN收 發(fā) 器CANT X CANRXT MS320LF2407CAN收 發(fā) 器CANT X CANRXT MS320LF2407CAN收 發(fā) 器地 址 線數(shù) 據(jù) 線地 址 線數(shù) 據(jù) 線中 斷IORIOWMEMWMEMR多 機(jī) 通 信 卡計(jì)算機(jī)接口 通信卡實(shí)現(xiàn)方案RS TXDCANH GNDCANL VCCVREF RXDCANTX/IOPC6CANRX/IOPC759483726187651237270GNDCANR4PCA82C250TTMS320LF2407GNDR1R2R3D14+5V+5V TMS320LF2407與CAN驅(qū)動(dòng)接口電路AD6

11、1AD72ALE/AS3CS4RD/E5WR6CLKOUT7VSS18XTAL19XTAL210MODE11VDD312TX013TX114VSS315INT16RST17VDD218RX019RX120VSS221VDD122AD023AD124AD225AD326AD427AD528SJA1000P00P01P02P03P04P05P06P07ALENC1Anode2Cathode3NC4GND5Out6Enable7Vcc86N137BVCCTX0VCC+5VRS2390OhmRXD+5VRX0RX0Rs46.8KOhmRs53.6KOhmCs2100nFRs6390OhmVCCVCCV

12、CCNRDNWRINTSJAXTAL2RESETQ3NPNRQ22VCCRQ21P23CAN總線與單片機(jī)（AT89C52）的接口舉例：SJA1000NC1Anode2Cathode3NC4GND5Out6Enable7Vcc86N137A+5VVCCRS1390ohmTX0TxDRs7390OhmCs3T xD1G N D2V C C3R xD4V ref5C A N L6C A N H7R s8PC A 82C 250T xD+5VR xDC P1100nFR ext1K ohmRs3124Ohm162738495JD B 9PCA82C250TMS320LF2407A，CAN總線接口應(yīng)用程

13、序舉例：;- CAN初始化程序 -CAN_INIT: LDP #DP_PF2 LACL MCRB OR #0C0H SACL MCRB ;IOPC6,IOPC7配置為特殊功能：CANRX,CANTX ;-CAN位定時(shí)器配置- LDP #DP_CAN SPLK #0040H,MDER ;MD3=0,MD2=1郵箱2接收,3發(fā)送 SPLK #0FFFFH,CAN_IFR ;清全部CAN中斷標(biāo)志 SPLK #07FFFH,LAM1_H ;0則ID必須匹配 SPLK #0FFFFH,LAM1_L SPLK #1000H,MCR ;CCR=1改變配置請(qǐng)求 WAIT_CCE: BIT GSR,#0BH ;

14、等待改變配置使能 BCND WAIT_CCE,NTC ;當(dāng)CCE=1時(shí)即可以配置BCR1,BCR2寄存器 SPLK #0001H,BCR2 ;波特率預(yù)分頻寄存器 SPLK #0033H,BCR1 ;波特率=1M LACL MCR AND #0EFFFH SACL MCR ;CCR=0改變配置結(jié)束請(qǐng)求 WAIT_NCEE: BIT GSR,#0BH BCND WAIT_NCEE,TC ;只有CEE=0時(shí),寄存器BCR2,BCR1配置才成功 DSP、CAN總線接口應(yīng)用程序舉例（續(xù)）; -寫CAN郵箱內(nèi)容前寄存器設(shè)置- LDP #DP_CAN SPLK #0040H,MDER ;不使能郵箱，郵箱2設(shè)

15、為接收方式 SPLK #0103H,MCR ;CDR=1，數(shù)據(jù)區(qū)改變請(qǐng)求 ;-寫 CAN 郵箱內(nèi)容- LDP #DP_CAN2 SPLK #2447H,MSGID2H ;設(shè)置郵箱2的控制字及ID ; IDE=0，AME=0，AAM=0 ; 標(biāo)準(zhǔn)方式為MSGID2H122 SPLK #0FFFFH,MSGID2L SPLK #02H,MSGCTRL2 ;設(shè)置控制域 ;數(shù)據(jù)長度DCL = 8，RTR=0 數(shù)據(jù)幀 SPLK #00000H,MBX2A ;郵箱2信息初始化DSP、CAN總線接口應(yīng)用程序舉例（續(xù)）;-寫 CAN 郵箱內(nèi)容后寄存器設(shè)置- SPLK #0480H,MCR;DBO=1，ABO=1，STM=0 SPLK #04CH,MDER;ME3=0，MBX3 發(fā)送， ME2=1