電動汽車用CAN通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計及實(shí)現(xiàn)課件

電動汽車用CAN通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

主要內(nèi)容CAN產(chǎn)生背景及基本概述CAN總線系統(tǒng)構(gòu)成硬件設(shè)計軟件設(shè)計預(yù)算1.1CAN產(chǎn)生背景為了解決由汽車內(nèi)部大量傳感器、執(zhí)行器等電子器件的應(yīng)用所導(dǎo)致的線束問題，及各個電子器件之間數(shù)據(jù)交換問題。德國Bosch公司于20世紀(jì)80年代提出了CAN總線CAN總線。1.3CAN分層結(jié)構(gòu)CAN主要分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。我們主要完成的協(xié)議是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議1.4CAN報文的幀結(jié)構(gòu)仲裁場：標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁場由11位標(biāo)識符(Identifier)RTR位(遠(yuǎn)程發(fā)送請求位)與組成。仲裁場最主要的作用通過標(biāo)識符確定報文的優(yōu)先權(quán)，為報文發(fā)送提供仲裁。數(shù)據(jù)場(DateField)：數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀里需要發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)長度可以為0~8個字節(jié)。1.5CAN優(yōu)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時性強(qiáng)縮短了開發(fā)周期,已形成國際標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價比高數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性非破壞性總線優(yōu)先級仲裁報文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息2.2CAN總線拓?fù)錁?gòu)成節(jié)點(diǎn)三節(jié)點(diǎn)四節(jié)點(diǎn)一節(jié)點(diǎn)二我們采用總線拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)比較容易，成本也比較低3.1課題所需硬件

本著器件通用和常用的原則，這里選用SJA1000與AT89C51芯片設(shè)計一種具有通用性的系統(tǒng)。AT89C51具有64KB的尋址空間，本身不帶CAN控制器,所以要實(shí)現(xiàn)與CAN總線之間的通信需外加CAN控制器和CAN驅(qū)動器。在本設(shè)計中采用SJAl000型CAN總線通信控制器和PCA82C251型總線驅(qū)動器。為了增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)抗干擾能力，CAN控制器和CAN驅(qū)動器之間連接高速光耦器TLP113。為了實(shí)現(xiàn)AT89C51與PC機(jī)串行通信，用轉(zhuǎn)換芯片MAX232用于TTL電平與RS232電平的相互轉(zhuǎn)換，可以將接收的數(shù)據(jù)顯示在PC上。SJAl000的ADO-AD7連接到AT89C51的P0口，CS連接到AT89C51的P2.7。P2.7為0時，CPU片外存儲器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對SJAl000執(zhí)行相應(yīng)的讀/寫操作。SJAl000的RD、WR、ALE分別與AT89C51的相應(yīng)引腳相連，SJAl000的INT接AT89C51的INTl，AT89C51也可通過中斷方式訪問SJA1000。3.2SJA1000介紹

SJA1000是一種獨(dú)立控制器，用于移動目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制（CAN）。它是PHILIPS半導(dǎo)體PCA82C200CAN控制器的替代產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：3.4TLP113光電耦合介紹

TLP113絕緣式線性光耦合器是高速光電耦合器，輸入極性是直流電源、輸出電流25mA、隔離電壓2500Vrms、集電極開路，可有效增強(qiáng)CAN總線抗干擾能力。實(shí)物圖如下圖所示：3.5節(jié)點(diǎn)電路原理圖4.1網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)則及實(shí)現(xiàn)

CAN總線為多主工作方式,網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主從，通信方式靈活。為禁止總線沖突，CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，根據(jù)需要將各個節(jié)點(diǎn)設(shè)定為不同的優(yōu)先級，并以標(biāo)識符ID標(biāo)定，其值越小，優(yōu)先級越高?？偩€的節(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行實(shí)時相互通信，當(dāng)1個節(jié)點(diǎn)需要接收另1個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)時，只需把其代碼寄存器的內(nèi)容設(shè)置成和另1節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識符一致即可。如果對于標(biāo)識符和其代碼寄存器的內(nèi)容設(shè)置不一致，則節(jié)點(diǎn)所發(fā)的數(shù)據(jù)不予理會。

系統(tǒng)軟件的設(shè)計思想是系統(tǒng)上電后首先對AT89C51和SJAl000進(jìn)行初始化，以確定工作主頻、波特率、輸出特性等。其中任一智能節(jié)點(diǎn)可以利用查詢方式通過SJAl000從CAN總線上獲取所需的數(shù)據(jù)并把該數(shù)據(jù)傳送到PC上顯示，同時可以向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)以供其他智能節(jié)點(diǎn)接收顯示。

4.3發(fā)送程序流程圖 發(fā)送程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的報文發(fā)送。只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組成一幀報文，送入SJA1000發(fā)送緩存區(qū)中，并將SJA1000的命令寄存器發(fā)送請求標(biāo)志位置位。具體的程序流程圖：4.4接收程序流程圖