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)，機械工業(yè)，機器人，數(shù)控機床，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)點數(shù)：110 基本特性： 信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(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，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) 可實現(xiàn)點對點、一點對多點及

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)點類型分成不同的優(yōu)先級 CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術(shù) 每幀信息都有循環(huán)冗余校驗CRC及其它檢錯措施 CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉輸出功能 CAN總線以報文為單位進行數(shù)據(jù)傳遞 每個標(biāo)準(zhǔn)報文起始部分有一個11位的標(biāo)志符ID 數(shù)據(jù)域為0-8個字節(jié)，每個字節(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)束遠程幀遠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程幀的組

4、成 數(shù)據(jù)幀 錯誤標(biāo)志 錯誤標(biāo)志的重疊 錯誤界定符 錯誤幀 幀間空間 或過載幀 錯誤幀的組成 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，總線上的數(shù)據(jù)絕對不會發(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)場和自動化生產(chǎn)線。 LF24xx系列DSP控制器作為第一個具有片上CAN控制模塊的DSP芯片，給用戶提供一個設(shè)計分布式或網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)的無限可能。 LF240X配置了一個符合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1Mbps，通信距離可達10km。 CAN協(xié)議的個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。由于CAN總線具有較強的糾錯能力，支持差分收發(fā)，因而適合高干擾環(huán)境，并具有較遠的傳輸距離。 CAN協(xié)議對于許多領(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時控制的串行通信網(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)上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò) 上的其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)點之間的優(yōu) 先級之分，因而通信方式靈活。(4) CAN采用非破壞性位仲裁技術(shù)，優(yōu)先級發(fā)送，可以大大 節(jié)省總線沖突仲裁時間，在重負荷下表現(xiàn)出良好的性 能。(5) CAN可以點對點、一點對多點(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可達10km(傳輸速率為5Kbps)； 最高通信速率可達1Mbps(傳輸距離為40m)。(7) CAN上的節(jié)點數(shù)實際可達110個。(8) CAN數(shù)據(jù)鏈路層采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀為8個字節(jié)，易 于糾錯?？蓾M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，8個字節(jié)不會占用總線 時間過長，從而保證了通信的實時性。(9) CAN每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，有效地降 低了數(shù)據(jù)的錯誤率。 CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉的功能， 使總線上其它節(jié)點不受影響。(11) 信號調(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，采用時鐘同步技術(shù)，具 有硬件自同步和定時時間自動跟蹤功能。 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)點到接收節(jié)點傳送數(shù)據(jù)。 遠程幀：通過一個節(jié)點，使用相同的標(biāo)志符請求一個 數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。 錯誤幀：在總線檢測錯誤時，任意一個節(jié)點所發(fā)送的幀。 過載幀：在前面的和后面的數(shù)據(jù)幀之間提供一個額外的 延時。 CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀包含44到108位，而CAN擴展數(shù)據(jù)幀包含64到128位，另外，多達23個填充位可以插入到一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幀中，多達28個填充位可以插入到擴展數(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8個字節(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)計獨特，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，傳輸速率可達1Mb/s。 CAN總線的連接如下圖所示，DSP需要通過一個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 通 信 卡計算機接口 通信卡實現(xiàn)方案RS TXDCANH GNDCANL VCCVREF RXDCANTX/IOPC6CANRX/IOPC759483726187651237270GNDCANR4PCA82C250TTMS320LF2407GNDR1R2R3D14+5V+5V TMS320LF2407與CAN驅(qū)動接口電路AD6

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

12、CCNRDNWRINTSJAXTAL2RESETQ3NPNRQ22VCCRQ21P23CAN總線與單片機（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改變配置請求 WAIT_CCE: BIT GSR,#0BH ;

14、等待改變配置使能 BCND WAIT_CCE,NTC ;當(dāng)CCE=1時即可以配置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)束請求 WAIT_NCEE: BIT GSR,#0BH BCND WAIT_NCEE,TC ;只有CEE=0時,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