CAN总线及应用实例

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CAN总线及应用实例

（1）CAN特点

•CAN为多主方式工作，网络上任意智能节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息,

而不分主从，且无需站地址等节点信息，通信方式敏捷。利用这特点可便利地构成多机备份系

统。

•CAN网络上内节点信息分成不同G优先级（报文有2032种优先权），可满足不同G实时要

求，高优先级内数据最多可在134,us内得到传输。

•CAN承受非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低G节点会

主动地退动身送，大大节约了总线冲突仲裁时间。

•CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局播送等几种方式收发数据，无

需特地“调度

•CANG直接通信距离最远可达10km（速率5kbp以下）：通信速率最高可达Mbps（此时通信

距离最长为40m）o

•CAN上（Z）节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种

（CAN2.0A）,而扩展（CAN2.（）B）（D报文标识符几乎不受限制。

（2）CAN总线协议

CAN协议以国际标准化组织G开放性互连模型为参照，规定了物理层、传输层和对象

层，实际上相当于ISO网络层次模型中内物理层和数据链路层。图3.9为CAN总线网络层

次构造，发送过程中，数据、数据标识符及数据长度，加上必要内总线掌握信号形成串行G

数据流，发送到串行总线上，接收方再对数据流进展分析，从中提取有效O数据。CAN协议

O一个最大特点是废除了传统O站地址编码，而代之以对通信数据块进展编码，数据在网络上

通过播送方式发送。其优点是可使网络内O节点个数在理论上不受限制（实际中受网络硬件G

电气特性限制），还可使同一个通信数据块同时被不同G节点接收，这在分布式掌握系统中格

外有用。CAN2.0A版本规定标准CANG标识符长度为11位，同时在2.0B版本中又补充

规定了标识符长度为29位G扩展格式，因此理论上可以定义2②11次方或20

19次方种不同G数据块。遵循CAN2.0B协议GCAN掌握器可以发送和接收标准格式报文

（11位标识符）或扩展格式报文（29位标识符），假设制止CAN2.0B则CAN掌握器只能发送

和接收标准格式报文而无视扩展格式内报文，但不会消灭错误。每个报文数据段长度为0-8

个字节，可满足通常工业领域中掌握命令、工作状态及检测数据传送G一般要求。同时，8

个字节占用总线时间不长，从而保证了通信内实时性。CAN协议承受CRC检验并供给相应

O单误处理功能，保证了数据通信O牢靠性。

对象层：报文滤波、报文和状态内处理

传输层：故障界定、错误检测和信令、报文校验、应答、仲裁、报文分帧、传输速

率和定时

物理层：信号电平和位表示、传输媒体

图3.9CAN总线层次构造

（3）报文传送和帧构造

CAN总线以报文为单位进展信息传送。报文中包含标识符，它标志了报文O优先权。

CAN总线上各个节点都可主动发送。如同时有两个或更多节点开头发送报文，承受标识符

ID来进展仲裁，具有最高优先权报文节点赢得总线使用权，而其他节点自动停顿发送。在

总线再次空闲后，这些节点将自动重发原报文。CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系

统构造O任何信息。报文中G标识符并不指出报文G目O地址，而是描述数据O含义。网络

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中O全部节点都可有标识符来自动打算是否接收该报文。每个节点都有标识符存放器和屏蔽存

放器，接收到内报文只有与该屏蔽功能•样时，该节点才开头正式接收报文，否则它将不理

睬标识符后面G报文。

CAN支持4种不同类型报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧、帧间空间

I)数据帧用于在各个节点之间传送数据或命令，它有7个不同位场组成：帧起始、仲裁

场、掌握场、数据场、CRC场、应答场和帧完毕，如图3.10-13所示。

帧间空间R---------------------------------数据帧-------------------------N帧间空间

4仲裁场掌握场数据场CRC场■帧完毕或超载帧

帧起始ACK场

图3.10数据帧

•帧起始标志数据帧G开头。它由一个主控位构成。

•仲裁场由11位标识符(M)和远程发送恳求位(RTR)组成，其中最高7位。

不能全是隐性位。M打算了报文O优先权。如主控位为0,隐性位为1,则MG数值越小,

优先权越高。对数据帧，RTR为主控电平。

•掌握场rl和r0为保存位，应发送主控电平。DLC为数据长度码n,它为0-80

•数据场允许G数据字节长度为0—8,由n打算。

•应答场包括应答位和应答分隔符。发送站发出O这两位均为隐性电平。而正确地接收到有

效报文O接收站，在应答位期间应传送主控电平给发送站。应答分隔符为隐性电平。

•帧完毕由7位隐性电平组成。

标准格式卜——仲裁场-----------中一掌握场——►(＜数据场一

SI

0D

11位标识符RTRr0DLC

FE

图3.11仲裁场

扩展格式

,仲裁场中一掌握场-----►，数据场一

S

II位标识冬5I

018位标识符RTRrlr0

RDDLC

F

----------------RE

图3.12仲裁场扩展格式

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Fpg

仲裁场--------------掌握场---------------------中-数据场或CRC场

rlr()

DLC3DLC2DLC1DLCO

-保存位中----------数据长度码——H

图3.13掌握场

以上为标准格式O数据帧，除此之外，在CAN标准2.0B中，还定义了扩展格式内数据帧,

它内标识符扩展为29位。它内前11位标识符后0两位为SRR和ME,它们均为隐性电平,

后面为增G18位标识符，其余与标泄格式一样。

表3.2数据长度码中数据字节数目编码

数据字节数据长度码

数目DLC3DLC2DLC1DLCO

0dddd

1dddr

2ddrd

3ddrr

4drdd

5drdr

6drrd

7drrr

8rddd

2）远程帧

帧间空间・-----------------------远程帧---------------------------►帧间空间

|仲裁场掌握场CRC场，帧完毕或超载帧

帧起始ACK场

图3.14远程帧

3）出错帧

数据帧f出错帧•♦帧间空间•

・一错误标志一►

或超我帧

错误标志叠力什错误界定符一►

图3.15出错帧

1）超载帧

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帧完毕或一＞-,超载帧»■帧间空间・

超载界定符1—超载标志—A

或超载帧

错误界定符

超载标志叠加,超载界定符—►

图3.16超载帧

(4)CAN通信接口

图3.17是CAN通信局部电路，SJAKXX)是一种独立用于移动目标和一般工业环境中G

区域网络掌握。它是Philips半导体公司PCA82c200CAN掌握器(BasicCAN)G替代品，而且

它增加了一种G操作模式一PeliCAN,这种模式支持具有很多特性GCAN2.0BO协议，独立

0CAN掌握器有2个不同O操作模式：BasicCAN模式和PeliCAN模式其中

BasicCAN模式可和PCA82c250相兼容BasicCAN模式是上电后默认G操作模式，因此用

PCA82c2501是协议掌握器和物理传输线路之间收发器)开发(D已行硬件和软件可以直接

在SJA1000上使用而不用作任何修改；PeliCAN模式是G操作模式它能够处理全部

CAN2.0B标准G帧类型而且它还供给一些增加功能和SJA1000能应用于更宽G领域。

Pl.07CC

Pl.1PU.UTXU

Pl2P01TX1

Pl.3P0.2RXO

Pl.4P03

Pl.5P0.4CLJ2OUT

Pl.6P0J

Pl7PCI6MODE

R5TATDP0.7VDD1

PJ.U/KxJEA.V?pVbL2

P31/TxDXl_Eff)R0GVDD3

P3.2/INT0PSEN73$1

P33/INT1P2?VSS2

P3.47TOP2.67S$3

P3.5/T1P2.5m

P36/WRP24i

P3/VREP2.3x

XTAL2P2.2

Q08a

XTAL1P210x

GtJDP2.0s>©』

、l9，gMO

1W

—JNI

俘VV

0O修

MRRESET

C9C。)

VCCRESET

708L_L

GNDNC、

，----1I----i।

120

PF1PF3

CAMBUS

图3.17CAN通信局部电路

1)SJA1(X)()特征能分成3组：

①己建立OPCA82c200功能这组G功能已经在PCA82c2(X)里实现。

②改进GPCA82C200功能这组功能G部份已经在PCA82c200里实现但是在SJA1(X)()里

这些功能在速度大小和性能方面得到了改进。

③PeliCAN模式G增加功能在PeliCAN模式里SJA1000支持•些错误分析功能支持系统

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FDU

修断系统维护系统优化而且这个模式里也参加了对一般CPU②支持和系统自身测试内功

能。

SJA1000管脚：

AD0--AD7：地址/数据复用信号

ALE/AS：ALE输入信号（Inlel模式），AS输入信号〔Motorola模式）

/CS：片选信号，低电平有效

/RD：微掌握器G/RD信号（Intel模式），或E使能信号（Motorola模式）

/WR：微掌握器G/WR信号（Inlcl模式），或R/W使能信号（Mol53a模式）CLKOUT：

供给应微掌握器G时钟输出信号，通过可编程分频器由内部晶振产生；时

钟分频存放器G时钟关闭位可制止该引脚。

V对：接地端，vs„：输入比较器接地端，vSS3：输出驱动器接地端。

VDDI：规律电路G5V电源，VDD2输入比较器5V电源，VDD3输出驱动器5V电源。

XTAL1,2：分别位振荡器放大电路输入输出。MODE：

模式选择输入，1=Intel模式，0=Motorola模式。

TXO,TX1：由输出驱动器0、1到物理线路内输出端。

/INT：中断输出，开漏输出。

/RST：复位输入。

RX0.RX1：由物理总线到SJA1000输入比较器G输入端，显性电平将会唤醒SJA1（X）（）

G睡眠模式；假设RXl>RX0G电平高，读出为显性电平，反之读出G隐性电平；假设时钟

分频存放器GCBP位被置位，就无视CAN输入比较器以削减内延时（此时连有外部收发电

路）：这种状况下只有RX0是激活G；隐性电平被认为是高，而显性电平被认为是低。

PCA82c250/251收发器是协仪掌握器和物理传输线路之间G接口，刈总线供给差动发送力

量，对CAN掌握器供给差动接收力量，可连接110个节点。

PCA82c250/251管脚：

TXD：发送数据输入

GND：地

Vcc：电源4.5——5.5VRXD：

接收数据输出Vref：参考电

压输出CANH：低电平CAN

电压输入/输出CANH：高电平CAN

电压输入/输出

Rs：斜率电阻输入，接地选择高速工作模式

2）SJA1000G根本功能和存放器：

①BasicCAN功能说明

表3.3为SJA1000存放器说明。

表3.3SJA1000存放器说明

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地址功能段操作模式中O存放器功能兔位模式中G存放器高功能

0读写读写

1掌握掌握掌握掌握

2FFH命令FFH命令

3各状态—状态—

类

4控FFH—中断—

制—

5器FFH验收代码验收代码

6FFH—验收屏蔽验收屏蔽

7FFH—总时序0总时序0

8FFH—总时序1总时序1

9测试测试测试测试

10标识符位域标识符位域

FFH—

10-310-3

发

11送标识符位域标识符位域

缓

—

冲2-0RTR和2-0RTR和FFH

器

DI.0俏域,DLC位域

12-数据字节1一数据字节1-FFH-

19一数据字节X一物据字节XFFH

2()标识符位域标识符位域标识符位域标识符位域

10-310-310-310-3

21承标识符位域标识符位域标识符位域标识符位域

国

冲2-0RTR和2-0RTR和2-0RTR和DLC2-0RTR和DLC位

器

DLC位域DLC位域位域域

数据字节1—数据字节1—数据字节1一一数据字节1一一

22-29

一数据字节8—数据字节8数据字节8数据字节8

30FFH—FFH—

时钟分频

31时钟分频器时钟分频器时钟分频器时钟分频器

黑

11］掌握存放器(CR)：如表3.4所示。

表3.4掌握存放器

位符号名称值功能

CR.7

CR.6

CR.5

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CR.4OIE超载中断使能1使能：假设数据超载位置位，微掌握器接收一个超载

中断信号

0制止：微掌握器不从SJA1000接收超载中断信号

CR.3EIE错误中断使能1使能：假设出错或总线状态转变，微掌握器接收一个

错误中断信号

0制止：微掌握器不从SJA1000接收错误中断信号

CR.2TIE发送中断使能1使能：当报文被成功或发送缓冲器可再次被访问时，

SJA1000向微掌握器发出一次发送中断信号

0制止：SJA1000不向微掌握器发送中断信号

CR.1RIE接收中断使能1使能：报文被无错误接收时，SJA1000向微掌握器发

出一次中断信号

0制止：SJA1(X)()不向微掌握器发送接收中断信号

CR.0RR复位恳求1常态：SJA1000检测到复位恳求后，无视当前发送/

接收G报文，进入复位模式

0格外态：复位恳求位接收到一个下降沿后，SJA1000

回到工作模式

[2]命令存放器(CMRh如表3.5所示八

表3.5命令存放器

位符号名称值功能

CMR.7

CMR.6

CMR.5

CMR.4CTS睡眠1睡眠：假设没有CAN中断等待和总线活动,SJA1000

进入睡眠模式

0唤醒：SJA1000正常工作模式

CMR.3CDO去除超致状态1去除：去除数据超载状态位

0无作用

CMR.2RRB释放接收缓冲1释放：接收缓冲器中存放报文内内存空间将被释放

器0无作用

CMR.1AT夭折发送1常态：假设不是在处理过程中，等待处理G发送请

求将无视

0格外态：无作用

CMR.0TR发送恳求1常态：报文被发送

0格外态：无作用

[3]状态存放器(SR)：如表3.6所示。

表3.6状态存放器

位符号名称值功能

SR.7BS总线状态1总线关闭:SJA1000退出总线活动

0总线开启：SJA1000进入总线活动

SR.6ES出错状态1出错：至少消灭一个错误计数器满或超过CPU报警机

制

0正常：两个错误计数器都在报警限制以下

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SR.5TS发送状态1发送：SJAIOOO正在发送报文

0空闲：没有要发送G报文

SR.4RS接收状态1接收：SJAIO（X）正在接收

0空闲：没有要接收内报文

SR.3TCS发送完毕状态1完成：最近一次发送恳求被成功处理

0未完成：当前发送恳求未处理完毕

SR.2TBS发送缓冲器状1释放：CPU可以向发送缓冲器写报文

态0锁定：CPU不能访问发送缓冲器，有报文正在等待发

送或正在发送

SR.1DOS数据超载状态1超载：报文丧失，由于RXFIFO中没有足够G空间来

存储它

0未超载：自从最终一次去除数据超载命令执行，很多

据超载发生

SR.0RBS接收缓冲状态1满:RXFIFO中有可用报文

0空：无可用报文

[4]中断存放器（IR）：如表3.7所示。

表3.7中断存放器

位符号名称值功能

IR.7

1R.6

IR.5

IR.4WUI唤醒中断1置位：退出睡眠模式时此位被置位

0复位：微掌握器O任何读访问将去除此位

IR.3DOI数据超教中断1置位：当数据超载中断使能位被置为1时，数据超载

状态位由低到高G跳变，将其置位。

0复位：微掌握器O任何读访问将去除此位

IR.2EI错误中断1置位：错误中断使能时，错误状态位或总线状态位G

变化会置位此位

0复位：微掌握器内任何读访问将去除此位

IR.1TI发送中断1置位：发送缓冲器状态由低到高O跳变1释放）和发

送中断使能时，置位此位

0复位：微掌握器内任何读访问将去除此位

IR.0RI接收中断1置位：当接收FIFO不空和接收中断使能时置位此位

0复位：微掌握器内任何读访问将去除此位

⑸验收代码存放器（ACR）：如表3.8所示。

表3.8验收代码存放器

BIT7BIT6B1T5BIT4BIT3BIT2BIT1BITO

AC.7AC.6AC.5AC.4AC.3AC.2AC.1AC.0

复位恳求位被置高（当前）时，该存放器可以访问。假设一条报文通过了接收滤波器内测

试而且接收缓冲器有空间，描述符和数据将被分别顺次写入RXFIFO,当报文被正确G接收

完毕，则有：接收状态位置高（满）接收中断使能位置高（使能），接收中断置高（产生中

断）。

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验收代码(AC.7~AC.O)和报文标识符C9高8位(ID.10TD.3)必需相等，或验收屏蔽

位(AM.7-AM.0)0全部位为lo即假设满足以下方程G描述,则予以接收。［(ID.10-ID.3)

三(AC.7-AC.0)1V(AM.7-AM.0)=11111111

⑹验收屏蔽存放器(AMR)：如表3.9所示。

表3.9验收屏蔽存放器

BIT7BIT6BIT5BIT4BITSBIT2BIT1BITO

AM.7AM.6AM.5AM.4AM.3AM.2AM.lAM.O

复位恳求位被置高(当前)时，该存放器可以访问。验收屏蔽存放器定义验收代码存放器

G哪些位对接收过滤器是“相关内”或“无关内”(即可为任意值)

当AM.i=0时，是'‘相关④"

当AM.i=l时，是“无关。'(i=0~7)

［7］发送缓冲区：如表3.10所示。

表3.10验收屏蔽存放器

区CAN名称位

地址76543210

描10标识符字ID.101D.9ID.8ID.7ID.6ID.5ID.4ID.3

述节1

符11标识符字ID.2ID.1ID.0RTRDLC.3DLC.2DLC.1DLC.0

节2

数12TX数据1发送数据字节1

据13TX数据2发送数据字节2

14TX数据3发送数据字节3

15TX数据4发送数据字节4

16TX数据5发送数据字节5

17TX数据6发送数据字节6

18TX数据7发送数据字节7

TX数据8发送数据字节8

标识符(1D)：11位，就像报文G名字，值越低，优先级越高。

远程发送恳求(RTR)：当RTR=1,总线以远程帧发送数据。假设RTR没有被置位，数据将

以数据长度码规定G长度来传送数据帧。

数据长度码(DLC)：数据字节数=8XDLC.3+4XDLC.2+2XDLC.1+DLC.O

报文数据区G字节数依据数据长度码编制。在远程帧传送中，由于RTR被置位，数据

长度码是不被考虑内。这就迫使发送/接收数据字节数为0。然而，数据

长度码必需正确设置，以避开两个CAN掌握器用同样0)识别机制启动

远程帧传送而发生总线错误。数据字节数是0-8。

数据区：传送G数据字节数由数据长度码打算。发送G第一位是地址12单元G数据字节1

G最高位。

③BasicCAN和PeliCAN公用存放器

［1］总线时序存放器O(BTRO)：如表3.11所示。

表3.11总线时序存色器0

BIT7BIT6B1T5BIT4BIT3BIT2BIT1BITO

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SJW.I|SJW.OIBRP.5IBRP.4|BRP.3|BRP.2|BRP.l|BRP.O

波特率预置器位域

位域BRP使得CAN系统G时钟G周期时t是可编程O：

SCI.

t=2/x(32xBRP.5+16xBRPA+8xBRP.3+4xBRP2+2xBRPA+BRP.O+1)

SCLGJC

t=XL4L=1//

CLKXTZ.

同步跳转宽度位域

为了补偿在不同总线掌握器G时钟振荡器之间G相位漂移，任何总线掌握器必需在当前传

送G任一相关信号边沿重同步。同步跳转宽度/定义了一个位周期可以被一次重同步

SJW

缩短或延长G时钟周期内最大数目。

t=tx(2xSJW.I+SJW.O+1)

“WSCI-

[2]总线时序存放器l(BTRl)：如表3.12、13所示。

总线时序存放器1定义了一个位周期G长度、采样点G位置和在每个采样点内采样数

目。在复位模式中，这个存放器可以被读/写访问。在FeliCAN模式G操作模式中，该存放

器是只读物在BasicCAN模式O操作模式中总是“FFH”

表3.12总线时序存放器1

BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BITIBITO

SAMTSEG2.2TSEG2.1TSEG2.0TSEGI.3TSEGI.2TSEG1.1TSEG1.0

采样位(SAM)

表3.13采样位

位值功能

SAM13次：总线采样3次，建议在低/中速总线上使用，这对过

滤总线上G毛刺是有效

0单次：总线采样1次，建议使用在高速总线上

时间段1和时间段2位域

t-1X，

SYNCSEGSCL

t=tx(8x75EG1.3+4x75EGL2+2x75EGl.l+rSEG1.0+l)

TS£G\SCL

t=1x(4xTSEG2.2+2xTSEG2A+TSEG2X)+1)

TSEG2SCL

[3]输出掌握存放器(OCR)；如表3.14-16所示。

允许软件掌握建立不同输出驱动内配置。在复位模式中，这个存放器可以被读/写访问。在

PeliCAN模式内操作模式中，该存放器是只读在BasicCAN模式CD操作模式中总是

“FFH”。

表3.14输出掌握存放器

BIT7BIT6B1T5BIT4B1T3BIT2BIT1BIT0

OC1E1OC1N1OCEOL1OC1H)UC1N0OCFOLOOCMODE1OCMODEO

在SJA1000在睡眠模式中，TXO、TX1依据输出掌握存放器G内容输出隐性内电平。在复位

状态(复位恳求=1)或外部复位引脚/RST被拉低时，TXO、TX1悬空。

表3.15输出掌握存放器

OCMODE1OCMODEO说明

00双相输出模式：与正常输出模式相反

01测试输出模式：在下一次系统时钟o上升沿RX上G电平反

映到TX上，系统时钟(fosc/2)与输出掌握存放器中。编

程定义加极性相对应。

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10正常输出模式:通过TXO、TX1送出，取决于OCTPqOCTN?

OCPOL编程

1I时钟输出模式：TXO同正常输出模式，TX1由发送时钟

TXCLK取代

表3.16输出引脚配置

驱动TXDOCTPOCTNOCPOLTPTN.TX

关.

悬空X00X关悬空

上拉0010关开低

1010关关悬空

0011关关悬空

1011关开低

下拉0100关关悬空

1100开关高

0101开关高

1101关关悬空

下拉推挽0110关开低

1110开关高

0111开关高

1111关开低

[4]时钟分频存放器：如表3.17-18所示。

表3.17时钟分频存放器

BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0

CAN模式CBPRXINTEN0保CLOCKCD.2CD.1CD.0

留OFF

=0,工作=1,只有RX0允许TX1输出时钟关

BasicCAN起作用，RX1用来做专用接闭位1

=1,工作应接到确定电收中断输出有效

PeliCAN平。例如Vss

表3.18CLKOUT频率选择

CD.2CD.1CD.0时钟频率

000fosc/2

001fosc/4

010fosc./6

0I1fosc/8

100fosc/10

101fosc/12

110fosc/14

111fosc

3)BASICCAN程序设计：CAN应用节点程序主要包括初始化、发送、接收子程序。

①CAN初始化子程序

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NODEEQU30H;节点号缓冲区

NBTROEQU31H；总线定时存放器0缓冲区

NBTR1EQU32H；总线定时存放器1缓冲区

TXBFEQU40H：RAM内发送缓冲区RXBF

EQU50H：RAM内接收缓冲区

CREQU0BF00H；掌握存放器

CMREQUOBFO1H；命令存放器

SREQUOBFO2H；状态存放器IR

EQUOBFO3H：中断存放器

ACREQU0BF04H；接收码存放器

AMREQUOBFO5H；接收码屏蔽存放器

BTROEQU0BF06H；总线定时存放器0

BTRIEQUOBF