CAN总线技术PPT演示课件

工业控制网络（现场总线）,1,5.4独立CAN控制器SJA1000,5.4.1特性5.4.2一般说明5.4.3方框图5.4.4引脚排列5.4.5功能说明,5.4.6极限值5.4.7热特性5.4.8直流特性5.4.9交流特性,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,2,5.4.1特性,与PCA82C200独立CAN控制器引脚兼容；与PCA82C200独立CAN控制器电气兼容；PCA82C200模式（BasicCAN模式是默认的）；扩展的接收缓冲器（64字节FIFO）；与CAN2.0B协议兼容(在PCA82C200兼容模式中扩展帧认可)；既支持29位标识符，也支持11位标识符；,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,3,5.4.1特性,位速率可达1Mbps；PeliCAN模式扩展：24MHz时钟频率；与各种微控制器的接口；可编程的CAN输出驱动器配置；扩展的环境温度范围（-40125）。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,4,5.4.2一般说明,SJA1000CAN独立控制器是PHILIPS半导体PCA82C200CAN控制器（BasicCAN）的替代产品。另外，增加了一种新的工作模式（PeliCAN），这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议规范。两种封装形式：一种为28引脚的塑质双列式封装（DIP28）；另一种为28引脚的塑质小型线外封装（SO28）。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,5,5.4.3方框图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,6,5.4.4引脚排列,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,7,5.4.5功能说明,5.4.5.1CAN控制器模块的说明5.4.5.2CAN控制器的详细说明5.4.5.3BasicCAN模式5.4.5.4PeliCAN模式5.4.5.5公共寄存器,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,8,5.4.5.1CAN控制器模块的说明,1.接口管理逻辑（IML）接口管理逻辑解释来自CPU的命令，控制CAN寄存器的寻址，向主控制器提供中断信息和状态信息。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,9,5.4.5.1CAN控制器模块的说明,2.发送缓冲器（TXB）发送缓冲器是CPU和位流处理器（BSP）之间的一个接口，能够存贮向CAN网络上发送的一个完整报文。缓冲器有13个字节长，由CPU写入、BSP读出。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,10,5.4.5.1CAN控制器模块的说明,3.接收缓冲器（RXB，RXFIFO）接收缓冲器是接受过滤器和CPU之间的一个接口，用来存贮从CAN总线上被接收并接受的报文。接收缓冲器（RXB）作为总长为64字节的接收FIFO(RXFIFO)的一个13字节窗口，可被CPU访问。在此FIFO的帮助下,当其它报文被接收时，CPU可以处理一个报文。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,11,5.4.5.1CAN控制器模块的说明,4.接受过滤器（ACF）接受过滤器将被接收的标识符与接受过滤器寄存器的内容相比较，并决定此报文是否应被接受。在可靠的接受测试情况下，此完整的报文将被存贮在FIFO中。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,12,5.4.5.1CAN控制器模块的说明,5.位流处理器（BSP）位流处理器是一个控制发送缓冲器、RXFIFO与CAN总线之间数据流的序列发生器。它还执行错误检测、仲裁、填充和CAN总线上的错误处理。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,13,5.4.5.1CAN控制器模块的说明,6.位定时逻辑（BTL）位定时逻辑监视串行CAN总线和处理与总线有关的位定时。它被同步于一个报文起始的“隐性至显性”总线跳变时的CAN总线上的位流（硬同步），以及重同步于一个报文接收期间的更多的跳变（软同步）。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,14,5.4.5.1CAN控制器模块的说明,7.错误管理逻辑（EML）EML负责媒体忙问控制子层上的错误界定。它接收来自BSP的错误报告，然后将错误统计量通知给BSP和IML,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,15,5.4.5.2CAN控制器的详细说明,1.与PCA82C200兼容性（1）同步模式：在控制寄存器中的同步位（PCA82C200中的CR.6）被取消的。同步只有借助于CAN总线上的隐性至显性的跳变才是可能的。（2）时钟分频寄存器：时钟分频寄存器用来选择CAN工作模式(BasicCAN/PeliCAN)。默认状态对Motorola模式是12分频、对Intel模式是2分频。CBP位的置位使内部RX输入比较器被旁路，这样可以减少内部延时，如果一个外部收发器电路被使用。（3）接收缓冲器：PCA82C200中双接收缓冲器的概念被PeliCAN控制器中的接收FIFO所代替。多于2个的报文可被接收（多达64字节），直到一个数据溢出发生。（4）CAN2.0B：SJA1000被设计为支持全部CAN2.0B协议规范，这就意味着像扩展帧报文的处理一样，扩展的振荡器容差也是可实现的。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,16,5.4.5.2CAN控制器的详细说明,2.BasicCAN和PeliCAN模式的区别SJA1000的主要新特性：标准的和扩展的帧格式报文的接收和发送接收FIFO（64字节）用于标准帧和扩展帧的具有接收屏蔽寄存器和接收码寄存器的单/双接受过滤器,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,17,5.4.5.2CAN控制器的详细说明,2.BasicCAN和PeliCAN模式的区别SJA1000的主要新特性：带有读/写访问的错误计数器可编程的错误报警极限最近错误代码寄存器对每一种CAN总线错误的错误中断具有详细位状态的仲裁丢失中断,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,18,5.4.5.2CAN控制器的详细说明,2.BasicCAN和PeliCAN模式的区别SJA1000的主要新特性：单次-短发送（当错误或仲裁丢失时不重发）只听模式（CAN总线监听，无应答，无错误标志）支持热插（干扰-自由软件驱动的位速率检测）被硬件禁止的CLKOUT,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,19,5.4.5.3BasicCAN模式,SJA1000对微控制器来说，是以存贮器-映像I/O设备出现的。两个设备的独立运行是由类似RAM的在片寄存器的实现来保证的。SJA1000地址区包括控制段和报文缓冲器。控制段在初始化加载期间是可被编程的，以配置通信参数（例如，位定时）。CAN总线上的通信也由微控制器通过该段来控制。在初始化期间，CLKOUT信号可以被编程为由微控制器决定的一个值。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,20,5.4.5.3BasicCAN模式,一个应被发送的报文必须被写入发送缓冲器。在成功接受后，微控制器可从接收缓冲器中读取被接收的报文，然后释放接收缓冲器以作后续使用。微控制器和SJA1000之间状态、控制和命令信号的交换都是在控制段中完成的。初始加载后，接受码和接受屏蔽寄存器、总线定时寄存器0和1以及输出控制寄存器的内容不应被改变。因此，只有当控制寄存器中的复位请求位被置为高时，这些寄存器才可被访问。对于寄存器访问，两种不同的模式必须加以区别：复位模式、运行模式。在硬件复位后或控制器进入总线脱离状态时，会自动进入复位模式。运行模式通过控制寄存器中的复位请求位的复位来激活。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,21,5.4.5.3BasicCAN模式,CAN控制器需具备/实现的功能及其对应的寄存器：确定CAN总线通信速率/位时间总线定时寄存器0、总线定时寄存器1初始化接收过滤接收码寄存器、接收屏蔽寄存器初始化输出驱动器配置输出控制寄存器初始化BsicCAN（默认）、PeliCAN模式的选择初始化发送数据、接收数据发送缓冲器、接收缓冲器运行发送/接收数据过程当中的中断使能、状态指示以及命令设置控制、状态和命令寄存器运行错误计数寄存器、错误报警极限寄存器、模式寄存器、仲裁丢失捕捉寄存器、误码捕捉寄存器、报文计数器PeliCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,22,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,23,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,24,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,25,5.4.5.3BasicCAN模式,检测到复位请求后会中止当前的一个报文接收/发送并进入复位模式。一旦复位请求位“1-0”跃变，CAN控制器就返回运行模式。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,26,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,27,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,28,5.4.5.3BasicCAN模式,总线定时寄存器0、总线定时寄存器1、输出控制寄存器、发送缓冲器、接收缓冲器的值在复位时不受影响。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,29,5.4.5.3BasicCAN模式,控制寄存器（CR）：用于改变CAN控制器的行为。这些位可以被相连接的微控制器置位或复位，微控制器将控制寄存器作为读/写存贮器来使用。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,30,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,31,5.4.5.3BasicCAN模式,命令寄存器对微控制器来说是只写存贮器。如果对该地址进行读访问，字节将被返回。两条命令之间至少需要一个内部时钟周期。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,32,5.4.5.3BasicCAN模式,状态寄存器的内容反映SJA1000的状态。状态寄存器对微控制器来说是只读存贮器。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,33,5.4.5.3BasicCAN模式,中断寄存器允许一个中断源的识别。当此寄存器的一位或多位被置位时，引脚就被激活（低）。中断寄存器对微控制器来说是只读存贮器。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,34,5.4.5.3BasicCAN模式,发送缓冲器用来存贮来自微控制器的要被SJA1000发送的一个报文。发送缓冲器只有在运行模式下才可被微控制器写入和读出。在复位模式下呈现的是FFH。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,35,5.4.5.3BasicCAN模式,接收缓冲器的整体配置和发送缓冲器很相似。接收缓冲器是RXFIFO中可访问的部分。标识符、远程发送请求位和数据长度码，除地址范围为2029之外，具有与在发送缓冲器中所描述的相同含义和配置。RXFIFO共有64字节的报文空间。在任何特定的时刻，FIFO中可以存贮的报文数取决于各个报文的长度。如果RXFIFO中没有足够的空间用于新报文，CAN控制器就会产生一个数据溢出条件。数据溢出条件存在时，已部分写入RXFIFO的一个报文将被删除。如果中断使能、且帧直到最后除帧结束的那一位已被无任何错误地接收（RX报文变为有效），这种情况会通过状态寄存器和数据溢出中断指示给微控制器。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,36,5.4.5.3BasicCAN模式,接受过滤器：在接受过滤器的帮助下，仅当被接收报文的标识符位与接受过滤寄存器中预定义的那些位相等时，CAN控制器才能允许被接收报文进入RXFIFO。接受过滤器通过接受码寄存器和接受屏蔽寄存器来定义。（1）接受码寄存器（ACR）,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,37,5.4.5.3BasicCAN模式,接受码位（AC.7AC.0）和报文标识符的8个最重要的位（ID.10ID.3）必须在被接受屏蔽位（AM.7AM.0）标定为相关的那些位的位置上相等。接受屏蔽寄存器限定，接受码与接受滤波的对应位的哪些位是“相关的”(AM.X=0)或“不予关心的（AM.X=1）。,（2）接受屏蔽寄存器（AMR）,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,38,思考题：CAN现场总线的发送器和接收器均使用SJA1000，采用CAN2.0A规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：（1）11001100001；（2）11001101001；（3）11001000001；（4）11001001001。欲使接收器只接收报文（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,39,5.4.5.3BasicCAN模式,总线定时寄存器0（BTR0）总线定时寄存器0的内容确定波特率预引比例因子（BRP）和同步跳转宽度（SJW）的值。若复位模式有效，此寄存器是可以被访问（读/写）的。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,40,5.4.5.3BasicCAN模式,总线定时寄存器0（BTR0）（2）同步跳转宽度（SJW）：为补偿在不同总线控制器的时钟振荡器之间的相移，任何总线控制器必须重同步于当前发送的任何相关信号沿。同步跳转宽度确定一个位时间可以被一次重同步所缩短或延长的时钟周期的最大数目：,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,41,5.4.5.3BasicCAN模式,总线定时寄存器1（BTR1）总线定时寄存器1的内容确定位时间的长度、采样点的位置和在每个采样点欲获取的采样数目。如果复位模式有效，这个寄存器可以被访问（读/写）。只有选择PeliCAN模式，这个寄存器在运行模式中才是可读的。在BasicCAN模式中呈现的是FFH。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,42,5.4.5.3BasicCAN模式,总线定时寄存器1（BTR1）（1）采样（SAM）,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,43,5.4.5.3BasicCAN模式,总线定时寄存器1（BTR1）（2）时间段1（TSEG1）时间段2（TSEG2）(TSEG1)和(TSEG2)决定每一位时间的时钟数目和采样点的位置，这里：,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,44,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,45,思考题：（1）CAN节点使用SJA1000，振荡器频率为16MHz，若使波特率为1Mbps，如何设置SJA1000的BTR0和BTR1？（2）使用晶振频率为16MHz的独立CAN控制器SJA1000，若BTR0=01Hex，BTR1=1Chex，则由其所决定的位速率是多少？,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,46,5.4.5.3BasicCAN模式,输出控制寄存器（OCR）输出控制寄存器允许在软件控制下建立输出驱动器的不同配置。如果复位模式有效，此寄存器可被访问（读/写）。只有选择PeliCAN模式，此寄存器在运行模式中才是可读的。在BasicCAN模式中呈现的是FFH。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,47,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,48,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,49,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,50,5.4.5.3BasicCAN模式,时钟分频寄存器：控制用于微控制器的CLKOUT频率，也允许使CLKOUT引脚无效。专用的接收中断脉冲在TX1上、接收比较器旁路、在BasicCAN模式与PeliCAN模式之间进行选择，在这里都是可以实现的。在硬件复位后，寄存器的默认状态对Motorola模式为12分频（00000101）、对Intel模式为2分频（00000000）。软件复位（复位请求/复位模式）时，此寄存器不受影响。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,51,SJA1000初始化程序CR1bAC08AMe7BTR000BTR114OCR1aCR1a,5.4.5.3BasicCAN模式,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,52,5.5CAN控制器接口PCA82C250,5.5.1特性5.5.2一般说明5.5.3方框图5.5.4引脚排列5.5.5功能说明,5.5.6极限值5.5.7热特性5.5.8特性,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,53,5.5.1特性,与“ISO11898”标准完全兼容；高速率（可达1Mb/s）；具有抗汽车环境下瞬间干扰、保护总线能力；采用斜率控制，以降低射频干扰（RFI）；为了对电磁干扰具有高免疫力，采用具有宽公共模式范围的差动接收器；,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,54,5.5.1特性,热保护；电源和地之间的短路保护；低电流待机模式；未上电节点不影响总线；总线至少可连接110个节点。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,55,5.5.2一般说明,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,56,5.5.3方框图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,57,5.5.4引脚排列,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,58,5.5.5功能说明,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,59,5.5.5功能说明,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,60,5.5.6极限值,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,61,5.5.7热特性,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,62,5.5.8特性,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,63,5.5.8特性,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,64,5AN节点设计,随着CAN总线技术的发展，CAN总线系统在工业控制领域扮演着非常重要的角色。CAN节点是构成CAN总线系统基本单元，因此，掌握CAN节点的设计十分重要。本节以离散量I/OCAN节点为例，详细说明CAN节点的开发/设计过程。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,65,CAN节点硬件设计,离散量I/OCAN节点硬件电路结构图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,66,CAN通信电路,CAN通信电路,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,67,CAN节点软件设计,SJA1000初始化流程图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,68,CAN节点软件设计,报文发送程序流程图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,69,CAN节点软件设计,报文接收程序流程图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,70,CAN节点软件设计,外部中断服务程序流程图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,71,CAN总线在电能质量监测系统中的应用,电能质量监测系统核心问题是数据采集，并且传输数据量大、对实时性也有一定的要求。因此，制定CAN应用层通信协议时必须考虑协议的效率，报文的优先级和通信的可靠性。CAN总线数据帧有标准帧格式和扩展格式。考虑到通信的效率和可靠性，我们采用标准格式数据帧进行数据传输。通过定义仲裁场、控制场来区分数据帧的通信地址和采集命令，数据场用来传输数据数值和数据含义。为了编程方便，每帧数据传输一个电能质量参数，对数值较大的参数采用科学计数法表示，为传送不同数据类型的数据，我们采用不同的数据传送策略来传送事件、频谱、录波等特殊数据。考虑到网络的类型，我们分别制定了用于主从网络和多主网络的数据帧格式。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,72,CAN总线电能质量监测系统,CAN总线电能质量监测系统结构框图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,73,应用层通信协议制定,主从方式的标准格式数据帧,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,74,应用层通信协议制定,多主方式的下标准格式数据帧,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,75,仲裁场,ID标识符的定义,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,76,控制场,控制场由6位组成，保留位r1、r0和4位长度码DLC。对于数据帧，允许传送的数据字节数为08，因此长度码只能为00001000（08）范围内的任意数值，而不能使用其他数值。数据场的字节数目由数据长度码指明。数据长度码为4位，在控制场中被发送。数据长度码中数据字节数目编码见表5-82所示。其中：d表示“显性”，r表示“隐性”。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,77,数据场,CAN的数据场最大长度为8字节，即一个CAN数据帧最多可传送8字节数据。如果数据多于8个字节，则应该采用多帧传送方式。因此，数据场分为单帧类型数据场和多帧类型数据场。,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,78,软件设计,下位机通信流程图,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,79,软件设计,上位机软件总体设计方案,河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室,80,思考题,1.请写出CAN的中文全称。2.CAN是哪个世纪哪个年代由德国Bosch公司推出的，CAN已成为哪两个国际标准？3.CAN的10个技术特点中哪个技术特点是它最突出的技术特点？4.CAN可以分为物理层和数据链路层，其数据链路层又可以分为哪两层？5.请列出CAN数据帧的7个位场。,81,思考题,6.CAN总线的数据帧中数据长度码和数据字节数的关系。7.CAN总线的最大长度是多少？8