CAN數(shù)據(jù)總線學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1CAN數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線基本構(gòu)造基本構(gòu)造功能功能驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸舒適系統(tǒng)舒適系統(tǒng)第1頁/共43頁Canbus的由來由于現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平大幅提高，要求能對更多的汽車運行參數(shù)進(jìn)行控制，因而汽車控制器的數(shù)量在不斷的上升，從開始的幾個發(fā)展到幾十個以至于上百個控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增加，使得它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此德國BOSCH公司開發(fā)了一種設(shè)計先進(jìn)的解決方案CAN數(shù)據(jù)總線，提供一種特殊的局域網(wǎng)來為汽車的控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。簡介簡介第2頁/共43頁簡介簡介Canbus的發(fā)展歷史大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適系統(tǒng)

2、上采用了傳送速率為62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動系統(tǒng)上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代Canbus。2001年，大眾公司提高了Canbus的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit/m, 驅(qū)動系統(tǒng)提高到500Kbit/m。2002年，大眾集團(tuán)在新PQ24平臺上使用帶有車載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代Canbus。2003年，大眾集團(tuán)在新PQ35平臺上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的LIN-BUS。第3頁/共43頁1.CAN-Bus是Controlle

3、r Area Network的縮寫，稱為控制單元的局域網(wǎng)，它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。2.車上的布線空間有限，CAN-Bus系統(tǒng)的控制單元連接方式采用銅纜串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之間的信息傳送方式是廣播式傳輸。也就是說每個控制單元不指定接收者，把所有的信息都往外發(fā)送；由接收控制器自主選擇是否需要接收這些信息。廣播原理：一家發(fā)送，大家接收廣播原理：一家發(fā)送，大家接收廣播原理：一家發(fā)送，大家接收基本構(gòu)造基本構(gòu)造第4頁/共43頁3. CAN-BUS系統(tǒng)組成：CAN收發(fā)器: 安裝在控制器內(nèi)部，同時兼具接受和發(fā)送的功能，將控制器傳來的數(shù)據(jù)化為電信號并將其送入數(shù)據(jù)傳

4、輸線。數(shù)據(jù)傳輸終端：是一個電阻，防止數(shù)據(jù)在線端被反射，以回聲的形式返回，影響數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)傳輸線：雙向數(shù)據(jù)線，由高低雙絞線組成。基本構(gòu)造基本構(gòu)造第5頁/共43頁數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器4. Canbus采用雙絞線自身校驗的結(jié)構(gòu)，既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線，控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發(fā)送，高低電平互為鏡像。并且每一個控制器都增加了終端電阻，已減少數(shù)據(jù)傳送時的過調(diào)效應(yīng)。Canbus雙絞線的基本顏色：Can總線的基本顏色：橙色；Can-Low總是棕色；Can-High:驅(qū)動系統(tǒng)(黑色)；舒適系

5、統(tǒng)（綠色)；信息系統(tǒng)(紫色）；基本構(gòu)造基本構(gòu)造+1V-1V外界的干擾同時作用于兩根導(dǎo)線外界的干擾同時作用于兩根導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁波輻射相互抵消產(chǎn)生的電磁波輻射相互抵消0 V第6頁/共43頁CAN 儀表CAN 驅(qū)動CAN 信息CAN 舒適 CAN 診斷基本構(gòu)造基本構(gòu)造第7頁/共43頁BSGKlimaKomfortTr VRTr VLTr HRTr HLSMLSLWSEPSAirbagABS/ESPGetriebeMotorSensorClusterRadioTelefonWischer lWischer r診斷接口基本構(gòu)造基本構(gòu)造CAN-區(qū)域圖網(wǎng)關(guān)第8頁/共43頁基本構(gòu)造基本構(gòu)造6. 網(wǎng)關(guān)由于不同區(qū)

6、域Canbus總線的速率和識別代號不同，因此一個信號要從一個總線進(jìn)入到另一個總線區(qū)域，必須把它的識別信號和速率進(jìn)行改變，能夠讓另一個系統(tǒng)接受，這個任務(wù)由網(wǎng)關(guān)(Gateway)來完成。另外，網(wǎng)關(guān)還具有改變信息優(yōu)先級的功能。如車輛發(fā)生相撞事故，氣囊控制單元會發(fā)出負(fù)加速度傳感器的信號，這個信號的優(yōu)先級在驅(qū)動系統(tǒng)是非常高，但轉(zhuǎn)到舒適系統(tǒng)后，網(wǎng)關(guān)調(diào)低了它的優(yōu)先級，因為它在舒適系統(tǒng)功能只是打開門和燈。第9頁/共43頁基本構(gòu)造基本構(gòu)造7. LinbusLinbus是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的縮寫。所謂汽車中的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指所有的控制單元都在一個總成內(nèi)（如空調(diào)等），并且有主控制器和子控制器之分，整個總成內(nèi)（主控制器和子控制器，

7、子控制器和子控制器）信息都由Linbus相連，然后由主控制器通過Canbus與外界相連。Linbus是CANBUS的子網(wǎng), 但它只有一根數(shù)據(jù)線，線截面積為0.35mm2,并且沒有屏蔽措施。Linbus系統(tǒng)規(guī)定一個主控制單元最多可以連接16個子控制單元第10頁/共43頁基本構(gòu)造基本構(gòu)造診斷總線網(wǎng)關(guān)儀表總線驅(qū)動總線舒適總線信息總線8. 診斷總線診斷總線是用于診斷儀器和相應(yīng)控制單元之間的信息交換，它被用來代替原來的K線或者L線的功能（廢氣處理控制器除外）。診斷總線目前只能在VAS5051和VAS5052下工作，而不能適用于原來的診斷工具，如1552等。診斷總線通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的CANBUS上，然后

8、再連接相應(yīng)的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。隨著診斷總線的使用，大眾集團(tuán)將逐步淘汰控制器上的K線存儲器，而采用CAN線作為診斷儀器和控制器之間的信息連接線，我們稱之為虛擬K線。第11頁/共43頁針腳號 對應(yīng)的線束 1 15號線 4 接地 5 接地 6 CANBUS(高） 7 k線 14 CANBUS(低） 15 L線 16 30號線注：未標(biāo)明的針腳號暫未使用?；緲?gòu)造基本構(gòu)造當(dāng)車輛使用診斷CANBUS總線結(jié)構(gòu)后，VAS5051等診斷儀器必須使用相對應(yīng)的新型診斷線（VAS5051/5A或VAS5051/6A）, 否則無法讀出相應(yīng)的診斷信息。另外，車上的診斷接口也作出了相應(yīng)的改動，具體信息看如下圖表：注：50

9、51儀器的版本號必須大于3.0以上 才能使用診斷CANBUS總線。新型診斷線能夠適用于舊型診斷接口。第12頁/共43頁功能功能1. Canbus上的信息Canbus上的信息是以二進(jìn)制形式出現(xiàn)的。也就是說控制單元將信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，Canbus用電平來模擬二進(jìn)制，接受控制單元將電平轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，再將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成正常數(shù)據(jù)。例如：控制單元B將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值信號先轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信號(00010101),然后由發(fā)送器轉(zhuǎn)換成一串電平信號兵發(fā)送出去?？刂茊卧狝的接收器先讀取電平信號，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信號(00010101)，然后再解碼成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值。第13頁/共43頁log. 0“l(fā)og: 1“ 差分放大器

10、對應(yīng)于邏輯電平差分放大器對應(yīng)于邏輯電平功能功能第14頁/共43頁Canbus的收發(fā)器如圖所示，使用一個電路進(jìn)行控制，這樣也就是說控制單元在某一時間段只能進(jìn)行發(fā)送或接受一項功能。邏輯“1”：所有控制器的開關(guān)斷開；總線電平為5Vor3.5V；Canbus未通訊。邏輯“0”：某一控制器閉合；總線電平為0伏； Canbus進(jìn)行通訊。功能功能第15頁/共43頁功能功能第16頁/共43頁2個以上控制器所組成的Canbus系統(tǒng)當(dāng)用2個以上的控制器連接在Canbus總線上（如圖所示），用邏輯1來表示斷開和用邏輯0表示閉合。不考慮其他總線規(guī)則情況下，總線會出現(xiàn)下圖的情況：1.任何開關(guān)閉合，總線上的電壓為0伏2.

11、所有開關(guān)斷開，總線上的電壓為5伏因此：1.只要任何一個控制器激活，則總線激活2.所有控制器關(guān)閉，總線處于未激活狀態(tài)激活的總線稱為顯性電平；未激活的總線電平稱為隱形電平功能功能第17頁/共43頁1. Canbus 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)控制器發(fā)送信息時，并不僅僅是數(shù)據(jù)本身，它同時還帶有屬性數(shù)據(jù)打成數(shù)據(jù)包一起傳送。該數(shù)據(jù)包共有7個數(shù)據(jù)段，分別儲存有開始區(qū)（1位），狀態(tài)區(qū)（11位），檢驗區(qū)（6位），數(shù)據(jù)區(qū)（64位），安全區(qū)（16位），確認(rèn)區(qū)（2位）和結(jié)束區(qū)（7位）。開始區(qū)優(yōu)先級別區(qū)未使用數(shù)據(jù)區(qū)確認(rèn)區(qū)檢驗區(qū)數(shù)據(jù)量16位冗余校驗碼結(jié)束區(qū)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)?8頁/共43頁2. 優(yōu)先級確認(rèn)因為Canbus采用串行數(shù)據(jù)

12、傳遞（單根數(shù)據(jù)線)方式，如果有多個控制器同時需要發(fā)出信號，那么在總線上一定會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。所有每一個數(shù)據(jù)列都有它的優(yōu)先級。當(dāng)有多個控制器試圖發(fā)送信息時，它們自己的接收器為信息優(yōu)先級進(jìn)行仲裁，當(dāng)其他控制器發(fā)送的信息優(yōu)先級高于自己控制器發(fā)送信息時，通知自己發(fā)送器停止發(fā)送，整個控制器進(jìn)入接收狀態(tài)。在信息數(shù)據(jù)列中有11位的狀態(tài)區(qū)，這11位二進(jìn)制中前7位既是發(fā)送信息的控制器標(biāo)識符，同時又表示了它的優(yōu)先級，即從前往后數(shù)，前面零越多，優(yōu)先級越高。而后4位則是這個控制器發(fā)送不同信息的編號，如發(fā)動機(jī)控制單元既要發(fā)送轉(zhuǎn)速信號，又要發(fā)送水溫等信號，則后4位就有所不同。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)?9頁/共43頁數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳

13、輸?shù)?0頁/共43頁為了保證發(fā)送和接受能夠同步，為了保證發(fā)送和接受能夠同步，CanbusCanbus規(guī)定了邊沿對齊規(guī)則。也就是說接收器發(fā)現(xiàn)每一次電平反規(guī)定了邊沿對齊規(guī)則。也就是說接收器發(fā)現(xiàn)每一次電平反向的節(jié)拍不對時，必須調(diào)整邊沿，以求得同步。這個規(guī)則在電平變化頻繁時能有效的保證了接收的向的節(jié)拍不對時，必須調(diào)整邊沿，以求得同步。這個規(guī)則在電平變化頻繁時能有效的保證了接收的正確性正確性數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1頁/共43頁為了保證發(fā)送和接受能夠同步，為了保證發(fā)送和接受能夠同步，CanbusCanbus規(guī)定了位填充規(guī)則。也就是說最多規(guī)定了位填充規(guī)則。也就是說最多5 5位出現(xiàn)一樣的電平信號，第六位位出現(xiàn)一

14、樣的電平信號，第六位必須有一個反向電平。這個規(guī)則能有效的保證了接收的正確性必須有一個反向電平。這個規(guī)則能有效的保證了接收的正確性數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)?2頁/共43頁出錯幀（Error Frame):當(dāng)控制器在接收其他控制器或自己發(fā)送器的信息時，發(fā)現(xiàn)信息有錯誤，可以發(fā)送出錯幀，出錯幀至少有6個顯性電平和8個隱性電平，至多12個顯性電平和8個隱性電平構(gòu)成。錯誤發(fā)送控制單元接收控制單元接收控制單元Canbus系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)?3頁/共43頁驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)Canbus驅(qū)動系統(tǒng)由15號激活, 速率是所有Canbus中最高達(dá)到500 kBit/s，采用終端電阻結(jié)構(gòu)，其中心電阻為66歐姆（發(fā)動

15、機(jī)電阻）；并且高低Canbus線為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即任一根Canbus線斷路，則Canbus無法工作。第24頁/共43頁驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)第25頁/共43頁驅(qū)動系統(tǒng)的Canbus信號和邏輯信號：Can-High的高電平為：3.5伏Can-High的低電平為：2.5伏Can-Low 的高電平為: 2.5伏Can-low 的低電平為：1.5伏邏輯“1”： Can-high=3.5V Can-low=1.5V邏輯“0”： Can-high=2.5V Can-low=2.5V驅(qū)動系統(tǒng)的信號圖驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)第26頁/共43頁舒適系統(tǒng)舒適系統(tǒng)舒適系統(tǒng)Canbus舒適系統(tǒng)由30號激活, 速率達(dá)到100 kBit/

16、s，沒有終端電阻，且高低Canbus線分離，即任一根Canbus線斷路，Canbus工作不受影響。第27頁/共43頁舒適系統(tǒng)電路簡圖測舒適系統(tǒng)高低線的電阻為無窮大！舒適系統(tǒng)舒適系統(tǒng)第28頁/共43頁10us舒適系統(tǒng)的Canbus信號和驅(qū)動系統(tǒng)有很大區(qū)別：Can-High的高電平為：3.6伏Can-High的低電平為：0伏Can-Low 的高電平為: 5伏Can-low 的低電平為：1.4伏邏輯“1”：Can-high=3.6V Can-low=1.4V邏輯“0”：Can-high=0VCan-low=5V舒適系統(tǒng)舒適系統(tǒng)第29頁/共43頁傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理內(nèi)部故障管理控制

17、單元內(nèi)部有錯誤計數(shù)器。一次發(fā)送失敗計數(shù)加8，一次接收錯誤計數(shù)加1。當(dāng)累計超過127時，控制器不再允許發(fā)送信息，當(dāng)累計超過255時，控制器自動與總線脫離.但是，控制器發(fā)送信息時，沒有受到答復(fù)信號，控制器將重復(fù)發(fā)送，而錯誤計數(shù)不計數(shù)。第30頁/共43頁典型故障1：Can-Low 斷路傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理第31頁/共43頁示波儀判斷傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理第32頁/共43頁典型故障2：Can-high 斷路傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理第33頁/共43頁示波儀判斷傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理第34頁/共43頁典型故障3：Can-Low 與電瓶短接傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理第35頁/共43頁示波儀判斷傳送安全性和故障處理傳送安全性