GD32F3开发进阶教程 课件 ch10CAN通信实验

CAN通信实验“第十章《GD32F3开发进阶教程——基于GD32F303ZET6》01实验内容本章的主要内容是学习CAN总线的基本原理，包括CAN的物理层和协议层，了解GD32F30x系列微控制器上的CAN控制器和相关固件库函数，最后基于GD32F3苹果派开发板设计一个CAN通信实验，将CAN控制器配置为正常工作模式，采用CAN转USB模块连接开发板与计算机，通过操作LCD屏上的GUI，实现开发板与计算机之间的数据通信。实验内容02实验原理CAN模块CAN模块电路原理图如图10-1所示。1.CAN物理层(1)总线网络CAN物理层的形式主要有两种:闭环总线通信网络和开环总线通信网络。CAN闭环总线通信网络如图10-2所示，它是一种遵循ISO11898-2标准的高速、短距离“闭环网络”总线最大长度为40米通信速度最高为1Mbps，总线的两端各要求有一个1202Ω的电阻，用于避免信号的反射和回波。CAN协议简介CAN协议简介CAN协议简介CAN开环总线通信网络如图10-3所示。0203通信节点：CAN总线上可以挂载多个通信节点，节点之间的信号都通过总线传输。由于CAN通信协议不对节点进行地址编码，而是对数据内容进行编码，因此只要总线的负载足够，理论上网络中的节点个数不受限制。差分信号：与使用单条信号线的电压表示逻辑的方式不同，差分信号传输时需要两条信号线，通过这两条信号线的电压差值来表示逻辑0和1相较于单信号线的输方式，使用分信号传输具有抗干扰能力强和时序定位精确的优点。CAN协议简介CAN协议简介CAN协议中对其使用的差分信号线CANHgh和CANLow做了规定如表10-1所示。2.CAN协议层(1)时序与同步CAN协议属于异步通信协议，没有时钟信号线，连接在同一个总线网络上的各个节点使用约定的波特率进行通信。CAN还会使用“位同步”的方式来抗干扰、吸收误差，实现对总线电平信号的正确采样，确保通信时序正常。CAN协议简介CAN协议简介为了实现位同步，CAN协议把每一个数据位的时序分解成如图10-4所示。CAN协议简介各段的作用如表10-2所示。CAN协议简介①硬同步：当总线出现从隐性电平到显性电平的跳变时，节点将其视为位的起始段(SS)，以获得同步，如图10-5所示。CAN协议简介②重新同步：当节点检测出跳变沿有2Tq的滞后时，PSB1段末尾将会插入相应的长度(即2Tq)以调整同步，如图10-6所示。CAN协议简介当节点检测出跳变沿有2Tq的提前时，PSB2段末尾将会减小相应的长度(即2Tq)以调整同步，如图10-7所示。(2)帧结构前面介绍了CAN协议中1位数据的传输方式，下面介绍CAN的结构。当数据包被传输到其他设备时，只要设备按规定的格式解读，就能还原出原始数据，这样的报文(Message)就被称为CAN的数据(Frame)。CAN一共规定了种类型的，本章仅对最主要的数据顿做简要介绍。CAN协议简介CAN协议简介数据帧构成如图10-8所示，数据以1个显性位开始，7个连续的隐性位结束，在它们之间还包含仲裁段、控制段、数据段、CRC段和ACK段。CAN协议简介仲裁过程如图10-9所示。GD32F30x系列微控制器的CAN外设简介1.通信模式CAN总线控制器有4种通信模式，如图10-10所示。GD32F30x系列微控制器的CAN外设简介2.位时序与同步对比标准CAN协议，GD32CAN控制器的位时序如图10-11所示。3.波特率波特率指每秒传输码元的数目，而比特率为每秒传输的比特(bit)数。4.过滤器I2C总线协议采用地址来区分节点，而在CAN协议中，消息的标识符与节点地址无关但与消息内容有关。GD32F30x系列微控制器的CAN外设简介0102一个32位过滤器，检查SFID[10:0]、EFID[17:0]、IDE和RTR位。两个16位过滤器，检查SFID[10:01、RTR、IDE和EFID17:15]。GD32F30x系列微控制器的CAN外设简介根据过滤ID长度分类，CAN过滤器的工作模式有以下两种:0102标识符列表模式掩码模式GD32F30x系列微控制器的CAN外设简介根据过滤模式分类，有以下两种模式:GD32F30x系列微控制器的CAN外设简介如表10-4所示，在掩码模式下，第一个寄存器存储要筛选的ID，第二个寄存器存储掩码，掩码为1的部分表示该位必须与D中的内容一致，筛选的结果为表中第三行的I值，它是一组包含多个ID的值，其中x表示该位可以为1或0。CAN数据接收和数据发送路径CAN数据接收过程如图10-13所示。CAN数据接收和数据发送路径CAN数据发送过程如图10-14所示。1.can_initcan_init函数的功能是初始化CAN外设。can_parameter_struct结构体成员变量定。2.can_filter_initcan_filter_init函数的功能是初始化CAN过滤器。can_flter_parameter_struct结构体成员变量。3.can_message_transmitcan_message_transmit函数的功能是传输CAN报文。can_trasnmit_message_struct结构体。CAN部分固件库函数4.can_message_receivecan_message_receive函数的功能是接收CAN报文。can_receive_message_struct结构体成员变量。CAN部分固件库函数03实验代码解析0102CAN.h文件：在CANh文件的“宏定义”区，首先定义了CAN的波特率。在“API函数声明”区，声明了3个API函数。CAN.c文件：在“内部函数声明”区，声明了ConfigCANO函数，用于配置CANO。CAN文件对下面按照顺序解释说明USBD_LP_CANO_RXOIROHandle函数中的语句。(1)第1至6行代码:当CANO接收到数据时，调用can_message_receive函数把报文从FIFO复制到接收结构体。(2)第8至13行代码:报文成功通过CAN过滤器，接收结构体存储相关的信息后，对其再次进行简单的检查，检查其校验是否为标准格式。若是，则将数据保存到数据缓冲区。CAN文件对下面按照顺序解释说明ImitCAN函数中的语句。(1)第5行代码初始化接收循坏队列其长度与接收循环队列缓冲区sarrRecBuf相等。(2)第6至9行代码:将接收缓冲区sarrRecBuf全部清零。(3)第11行代码:调用ClearQucue函数，清空接收循环队列。(4)第12行代码:调用ConfigCANO函数，配置CAN的GPIO。CAN文件对Main.c文件在Proc2msTask函数中调用CANTopTask函数，每40ms执行次CAN实验应用层模块任务，如程序清单10-10所示。实验结果下载程序并进行复位,可以观察到开发板上的LCD屏幕显示CAN通信实验的GUI界面。实验结果1.将数据从计算机发送到开发板打开配套资料包“\02相关软件”文件夹下的“UART转CAN配置软件exe”，单击“串口设置”弹出如图10-16所示对话框，设置端口和波特率，单击“打开”按钮。若未能检测到串口，请检查模块是否亮起黄色LED灯以及端口号是否与模块对应。实验结果当配置软件显示如图10-17右侧所示内容时，说明模块连接成功且正常工作。然后参考图10-17左侧内容进行配置。实验结果单击“滤波器”栏下的“计算”按设置滤波器(过滤器)，进入如图10-18所示的滤波器计算界面。在“可通过ID栏”中输入5A5,“格式”选择“标准”,“类型”选择“数据帧”，并单击“添加”按钮。实验结果完成上述设置后，单击上方菜单栏“设置全部”按钮，右侧显示区域出现如图10-19所示的提示信息，则表示模块配置完成。实验结果单击“退出设置”，进入发送界面，如图10-20所示。实验