can总线特点及原理介绍

来源:电子发烧友整理 作者:2018年02月08日 15:45

CAN 是Controller Area Network 的缩写(以下称为CAN),是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同,由多条总线构成的情况很多,线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN,进行大量数据的高速通信”的需要,1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后,CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化,在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN 的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

CAN总线特点

1、可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活。

2、网络上的节点可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。

3、采用非破坏性位仲裁总线结构机制,当两个节点同时向网络上传送信息时,优先级低的节点主动停止数据发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传送数据。

4、可以点对点,一点对多点及全局广播几种传送方式接收数据。

5、直接通信距离最远可达10km(速率4Kbps以下、

6、通信速率最高可达1MB/s(此时距离最长40m、

使用非屏蔽双绞线传输时,传输速率与传输距离的关系如下图所示。

can总线特点及原理介绍

7、节点数最多可达110个。

8、采用短帧结构,每一帧的有效字节数为8个。

9、每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,数据错误率极低。

10、通信介质可采用双绞线,同轴电缆和光纤,一般采用廉价的双绞线即可。

11、节点在错误严重的情况下,具有自动关闭总线的功能,切断它与总线的联系,以使总线上的其他操作不受影响。

CAN总线原理

CAN总线以广播的方式从一个节点向另一个节点发送数据,当一个节点发送数据时,该节点的CPU把将要发送的数据和标识符发送给本节点的CAN芯片,并使其进入准备状态;一旦该CAN芯片收到总线分配,就变为发送报文状态,该CAN芯片将要发送的数据组成规定的报文格式发出。此时,网络中其他的节点都处于接收状态,所有节点都要先对其进行接收,通过检测来判断该报文是否是发给自己的。

由于CAN总线是面向内容的编址方案,因此容易构建控制系统对其灵活地进行配置,使其可以在不修改软硬件的情况下向CAN总线中加入新节点。

CAN控制器原理

其中CAN核心模块根据CAN总线协议控制数据帧的发送和接收;接口管理逻辑模块提供SJA1000与主微处理器或其它设备的连接,主微处理器可以通过数据/地址复用总线和读写控制逻辑访问SJA1000的所有寄存器;发送缓冲区可以存储一个完整的标准或扩展的报文,当主微处理器要求SJA1000发送报文时,接口管理逻辑操纵CAN核心模块将发送缓冲区中的报文发送到CAN总线上;当接收一个报文时,CAN核心模块首先将总线上的串行位流数据转换位并行数据,然后交给接收过虑模块进行识别,决定该报文是否为主微处理器所要求的报文类别,所有接收的报文可以存放在接收先进先出队列,根据不同的工作模式和数据长度,该队列可以存放最多32个报文,然后用户可以灵活地对报文分为不同地优先级和中断处理服务。

can总线特点及原理介绍

SJA1000可直接连接两类主要的处理器家族:Intel公司的80C51系列和Motorola公司的68xx系列,其芯片外围专门有一个模式管脚用了选择CPU的类型。SJA1000提供了8位地址/数据复用总线和读/写控制信号与CPU交换数据,我们可以将SJA1000看作映射到主微处理器的外围存取器I/O设备。

SJA1000通过2个8位寄存器来支持对报文的过滤功能,将应用不关心的报文拒之门外将提供处理期的性能,因为大多数应用都是通过中断的方式交换数据,所以正确的使用过滤功能可以为中断处理函数赢得时间。SJA1000提供一个接收编码寄存器(Acceptance Code Register)和一个接收屏蔽寄存器(Acceptance Mask Register)。接收过滤模块将CAN报文的11位标识符的高8位于这2个寄存器里存放的值相比较,并作出是否接收的判断。

CAN总线的应用

CAN总线在工控领域主要使用低速-容错CAN即ISO11898-3标准,在汽车领域常使用500Kbps的高速CAN。

某进口车型拥有,车身、舒适、多媒体等多个控制网络,其中车身控制使用CAN网络,舒适使用LIN网络,多媒体使用MOST网络,以CAN网为主网,控制发动机、变速箱、ABS等车身安全模块,并将转速、车速、油温等共享至全车,实现汽车智能化控制,如高速时自动锁闭车门,安全气囊弹出时,自动开启车门等功能。

can总线特点及原理介绍

CAN系统又分为高速和低速,高速CAN系统采用硬线是动力型,速度:500kbps,控制ECU、ABS等;低速CAN是舒适型,速度:125Kbps,主要控制仪表、防盗等。

某医院现有5台16T/H XXXX燃气锅炉,向洗衣房、制剂室、供应室、生活用水、暖气等设施提供5kg/cm2的蒸汽,全年耗用天然气1200万m3,耗用20万吨自来水。医院采用接力式方式供热,对热网进行地域性管理,分四大供热区。其中冬季暖气的用气量很大,据此设计了基于CAN现场总线的分布式锅炉蒸汽热网智能监控系统。现场应用表明:该楼宇自动化系统具有抗干扰能力强,现场组态容易,网络化程度高,人机界面友好等特点。

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