CAN網(wǎng)絡(luò)控制器及相關(guān)芯片總線收發(fā)器PPT教學(xué)課件

1、 參考文獻(xiàn)： 陽(yáng)憲惠現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用. 北京：清華出版社 史久根等CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社 雷 霖現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2004 甘永梅，李慶豐，劉曉娟，等現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 李正軍現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 第1頁(yè)/共39頁(yè) 杜尚峰 CAN總線測(cè)控技術(shù)及其應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2006 王黎明等CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2008 饒運(yùn)濤等現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù). 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2007第2頁(yè)/共39頁(yè) 總線收發(fā)器是一個(gè)物

2、理層的器件，它是CAN總線控制器和物理總線之間的接口，器件可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN總線的差動(dòng)接收能力。 CAN總線的兩層協(xié)議固化在它的相關(guān)芯片中，主要是總線控制器和總線收發(fā)器。第3頁(yè)/共39頁(yè) 多個(gè)廠家能提供這類芯片，如: Philips的PCA82C250； Bosch的CF151和CDF160； Philips的PCA82C251和TJA1050； TI的SN65HVD2等（在4.1中將介紹Philips的250/251系列芯片）。 第4頁(yè)/共39頁(yè) CAN網(wǎng)絡(luò)控制器具有完成CAN通信協(xié)議所要求的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的幾乎所有功能。多個(gè)廠家能提供各種類型的CAN網(wǎng)絡(luò)控制器芯片。

3、 按功能來(lái)分有兩類： （1）獨(dú)立的CAN控制器芯片：如Philips的SJAl000； （2）集成到微控制器中的控制器芯片：第5頁(yè)/共39頁(yè) 8位微控制器+CAN控制器的芯片 如Philips的P8XC59X系列芯片； 16位微控制器+CAN控制器的芯片 Motorola的68HC912系列； 32位微控制器+CAN控制器的芯片 Motorola的MC6837X系列； DSP+CAN控制器的芯片 TI的TMS320LF24系列等。 目前還有不少ARM+CAN控制器的芯片及其他微控制器+CAN控制器的芯片第6頁(yè)/共39頁(yè)第7頁(yè)/共39頁(yè) 設(shè)計(jì)CAN節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等搜索了解最新款、最適用的

4、CAN控制器。 最好是采用帶有豐富I/O功能和CAN控制器的微控制器（即采用微控制器+CAN控制器的方式），以減小節(jié)點(diǎn)的體積，提高系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)還要注意芯片中的處理器內(nèi)核自己是否熟悉，開(kāi)發(fā)仿真是否方便等。 在具體介紹總線收發(fā)器PCA82C250之前，首先簡(jiǎn)要介紹一下CAN總線媒體裝置特性 （相關(guān)內(nèi)容可參考：雷霖.現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的6.2.7節(jié)或陳憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用的7.2.6等文獻(xiàn)，自學(xué)）第8頁(yè)/共39頁(yè) CAN能夠使用多種物理媒體，如雙絞線、光纖等，最常用的是雙絞線。 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”。 總線可具有兩種邏輯狀態(tài)：隱性（邏輯“

5、1”）或顯性（邏輯“0”）。 在隱性狀態(tài)下，VCAN_H和V CAN_L被固定于平均電壓（2.5V左右），二者之差Vdiff近似為零。 顯性狀態(tài)以大于最小閾值的差分電壓表示（此時(shí)電壓通常為：CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V ）。在顯位期間，顯性狀態(tài)改變隱性狀態(tài)并發(fā)送。第9頁(yè)/共39頁(yè) 總線上的位電平如下圖所示。第10頁(yè)/共39頁(yè) CAN技術(shù)規(guī)范2.0B的物理層包括位編碼/解碼、位定時(shí)及同步等內(nèi)容，但對(duì)總線媒體裝置(如驅(qū)動(dòng)器/接收器特性)未作規(guī)定，以便在具體應(yīng)用中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 ISO11898中，對(duì)基于雙絞線的CAN總線媒體裝置特性給出了建議如下圖所示。第11頁(yè)/共39頁(yè) 連接于總線

6、的節(jié)點(diǎn)稱為電子控制裝置(ECU)。總線每個(gè)末端均接有以RL表示的抑制反射的終端負(fù)載電阻，而位于ECU內(nèi)部的RL應(yīng)予取消?？偩€驅(qū)動(dòng)可采用單線上拉、單線下拉或雙線驅(qū)動(dòng)，接收采用差分比較器。第12頁(yè)/共39頁(yè) 若所有ECU的晶體管均被關(guān)閉，則總線處于隱性狀態(tài)。此時(shí)總線的平均電壓由具有高內(nèi)阻的每個(gè)ECU電壓源產(chǎn)生。 若成對(duì)晶體管至少有一個(gè)被接通則顯性位被送至總線，它產(chǎn)生流過(guò)終端電阻的電流，使總線的兩條線之間產(chǎn)生電壓差。 物理媒體附屬裝置子層的電氣規(guī)范分別示于表6-3至表6-7。表中給出的所有數(shù)據(jù)均與特定的物理層實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)。這些表中給出的參數(shù)應(yīng)被每個(gè)ECU的工作溫度范圍所滿足。選擇這些參數(shù)可以多達(dá)30個(gè)E

7、CU連接至總線。第13頁(yè)/共39頁(yè)第14頁(yè)/共39頁(yè)第15頁(yè)/共39頁(yè) 總線所采用的電纜及終端電阻如表6-8所示。第16頁(yè)/共39頁(yè)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6-17和表6-9。第17頁(yè)/共39頁(yè)4.1 CAN總線收發(fā)器PCA82C250/82C2514.1.1 簡(jiǎn)介 CAN總線收發(fā)器PCA82C250/251提供協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。 可以用高達(dá)1Mb/s的速率在兩條有差動(dòng)電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)。 由于PCA82C251有更高的擊穿電壓，因此可以在電源電壓范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)低至45的總線負(fù)載。而且PCA82C251在隱性狀態(tài)下的拉電流更小，在掉電情況下的總線輸出特性有一定改善。第18頁(yè)/共3

8、9頁(yè) 這兩款總線收發(fā)器器件具有以下特性： 完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)； 高速率(最高達(dá)1Mb/s)； 具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾； 斜率控制，降低射頻干擾(RFl)； 差分接收器，抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾(EMl)； 熱保護(hù)； 總線與電源及地之間的短路保護(hù)； 低電流待機(jī)模式； 掉電自動(dòng)關(guān)閉輸出（未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響）； 可支持多達(dá)110個(gè)節(jié)點(diǎn)相聯(lián)接。第19頁(yè)/共39頁(yè)4.1 CAN總線收發(fā)器PCA82C250/82C2514.1.2結(jié)構(gòu)和功能 接CAN控制器接CAN總線第20頁(yè)/共39頁(yè)第21頁(yè)/共39頁(yè) 引腳功能如表 4.2所示。第22頁(yè)/共39頁(yè) PCA82C250驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部

9、具有限流電路，可防止發(fā)送器的輸出級(jí)對(duì)電池電壓的正端和負(fù)端短路。 CANH和CANL這兩條差分驅(qū)動(dòng)線也能防止受到在汽車環(huán)境下可能發(fā)生的電氣瞬變現(xiàn)象的影響。第23頁(yè)/共39頁(yè)4.1 CAN總線收發(fā)器PCA82C250/82C2514.1.3 工作模式 PCA82C250/C251共有3種不同的工作模式：高速、待機(jī)、斜率控制。通過(guò)Rs引腳來(lái)選擇提供。 1高速模式 適合執(zhí)行最大的傳輸速率和/或最大的總線長(zhǎng)度。常用于普通的工業(yè)應(yīng)用，譬如基于CAN的DeviceNet。這種模式的總線輸出信號(hào)用盡可能快的速度切換，因此一般使用屏蔽的總線電纜以防止射頻干擾問(wèn)題的出現(xiàn)。 高速模式通過(guò)VRs0.3 Vcc來(lái)選擇（

10、具體怎么做？）。第24頁(yè)/共39頁(yè) 將Rs控制輸入直接連接到微控制器的輸出口，或者地電平，或者一個(gè)高電平有效的復(fù)位信號(hào)。 2斜率控制模式 在一些應(yīng)用中由于考慮到系統(tǒng)的成本等問(wèn)題而使用非屏蔽的總線電纜。此時(shí)，PCA82C250/251的總線信號(hào)轉(zhuǎn)換速度應(yīng)被降低。轉(zhuǎn)換速度可以通過(guò)連接在控制引腳Rs上的串連阻抗值Rext來(lái)調(diào)整。總線輸出的轉(zhuǎn)換速度大致和流出引腳Rs的電流成比例，電流范圍在10A-IRs200A。如果Rs引腳的輸出電流在這個(gè)范圍中，引腳Rs將輸出大約0.5 Vcc的電壓。第25頁(yè)/共39頁(yè)當(dāng)在Rs引腳和地電平之間應(yīng)用一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮钑r(shí)，收發(fā)器被設(shè)置成斜率控制模式。電阻阻值的經(jīng)驗(yàn)值范圍在16.5k Rext0.75 Vcc； Px,y=低，PCA82C250/251切換到普通工作模式，普通工作模式可以是高速模式或低斜率控制模式，由連接到Rs的電阻決定。 連接到Rs的電阻Rext的阻值： 0Rext1.8k，為高速模式；