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CAN BUS 應用

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can bus 應用文檔

CAN BUS 的 原理與應用 主講人 王晨原 應用工程師 fae@leaptronix.com (02)2999-3837#57 2007.01 流程 •概念 •原理 •發展動機 •傳輸速率與距離 •使用場合 •協定格式 •應用架構 •動作程序 •CAN Bus 優點 •未來趨勢 •結論 •名詞小百科 概念 CAN BUS 簡介 •CAN BUS: Controller area network(ISO-11898) 是起緣於 80 年代,由國際標準化組織 (ISO) 所 發佈,是一種應用於極嚴苛環境下的傳輸匯流排 ,它能在電氣條件惡劣或是不穩定的狀況下依然 提供相當穩定的傳輸量,所以常用於各種交通工 具的控制系統中。簡單來說,就是利用雙線差動 (two-wire differential) 傳輸的技術規格,當 某個差動匯流排訊號線斷路、接地或搭上電源線 時,仍提供持續傳送訊號 原理 CAN BUS 原理 •物理層與資料連結層 物理層 - 負責實體信 號傳輸解碼與位元同 步 資料連結層 - 負責匯 流排仲裁、資料安全 偵測與防止錯誤資料 傳送 發展動機 發展動機 •目前使用的汽車線束 (Hard-wired) ,在車內形成 高複雜度的車內網路,雖然解決車上傳輸基本需 求,卻會增加車輛重量、成本與引響車子性能。 •採用 CAN Bus 能大幅縮減電線使用量,減少許多 線路上的接點,讓早期歐系車線路不良通病的發 生機率大幅降低 傳輸速率與距離 傳輸速率與距離 使用場合 使用場合 • 短距離高使用率的通訊環境 •CAN Bus 包含三種 高速 (HSCAN): 用於安全性與操控性的架構 中速 (MSCAN): 用於音響與空調的架構 低速 (LSCAN): 用於輔助性的配備 協定格式 連接示意圖 •CAN 是經由 82C250 作為共同連接點,經由 CANH 與 CANL 兩條線來傳送差動 (Differential) 訊 號,並於頭尾端各加一顆 120 ohm 的終端電阻 CAN 輸出準位 •CANH 與 CANL 的電壓均為 2.5V ,表示“ 1” •CANH = 3.5V 與 CANL = 1.5V ,表示“ 0” 協定格式 •CAN BUS 有 2.0A 版與 2.0B 版 2.0A 版 (2.0 版 Part A Basic CAN) 2.0B 版 (2.0 版 Part B Full CAN) 協定格式 •五種 Message Type 協定格式 -Data Frame • 起始位元 Start of Frame (SOF) SOF 一定是“ 0” ,表示節點開始傳送報文 ‧ 識別符 Arbitration Field 11 bits Identifier + 1 bit RTR ,為優先判斷與資料接 收與否的識別, RTR=0 ,表資料要傳出, RTR=1 ,表要遠 端傳資料來 協定格式 -Data Frame •控制段的 IDE 與 RB0 是保留位元,一般為“ 0” ‧ 4 bits Data Length Code 表示後續 Data 為多少 Bytes(0~8) ‧ 資料段只能傳 0~8 Bytes 協定格式 -Data Frame •CRC 驗證碼為 15 bits •應答段 (ACK) 為接收端回傳訊息,若接收成功則 回傳“ 0” 、“ 1” ,傳送端就知道接收端以收 到資料 •結束段為“ 1111111” 協定格式 -Remote Transmit Request Frame •RTR=1 ,表向遠端要求資料的遠程格式 •DLC3~DLC0 為需回傳資料的 Data Bytes •此格式無資料段 協定格式 -Error Frame 協定格式 -Overload Frame •節點處理資料中,對於下一筆資料需要延遲 •閒歇期間檢測到“ 0” •送完過載標誌,節點會發出 8 個“ 1” ,其他節 點會發出 7 個“ 1” 協定格式 -Interframe Space •空隙分為閒歇與 Bus 空閒兩種 •閒歇為 7 個“ 1” ,此期間不可傳送訊息 ( 過載 除外 ) •Bus 空閒時任何節點都可送資料 應用架構 應用架構 應用架構 •Application: 節點應用之處,如車門、引擎… •Host-Controller: 負責運算資料的電腦,如工業電 腦、單晶片或 PC •CAN-Controller: 負責處理 Host-Computer 的資料, 並將資料傳給 CAN-Transceiver ,如 Intel 82527 、 Philips SJA-1000 •CAN-Transceiver: 將 CAN-Controller 傳來的資料轉 換成電子信號,並傳送到 Bus 上,相同的,也將 Bus 上的電子信號轉換給 CAN-Controller ,如 Philips 82C250 應用架構 •CAN-Bus: CAN 的電路只傳送位元“ 0” 和位元“ 1” 的狀態,只有兩條線分別為 CAN-H 和 CAN-L 的差動信號,使用銅絞線可以抵抗電磁干擾 •Terminal:120 ohm 終端電阻,主要是防止資料送 出去後反射破壞資料 動作程序 動作程序 - 報文優先權比較 •閒歇期間檢測到“ 0” ,其他節點自動轉程監聽模 式,直到該筆報文送完 •採用 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) 方式仲裁優先權, ID 越小優先權越高 •節點 A 優先權 高於節點 B 動作程序 -CAN Controller 架構 動作程序 - 傳送 • Host-Controller 將傳送的資料送到 CAN-Controller • CAN-Controller 透過 Interface Management Logic 將資 料送到 Transmit Buffer 所在的暫存器位址 • CAN Core Block 將資料加入其他 CAN Bus 信息格式所需的 資訊,如識別碼和 Data Length Code (DLC) ,形成固定 格式 (Frame) 的信息 • 最後 Transceiver 將信息轉成電子信號送到 Bus 上,此時 ㄧ面傳送,一面也聆聽網路上的信號,當發現與所傳信號 不符,便進入聆聽狀態 動作程序 - 接收 •當 CAN Bus line 出現信息時, Transceiver 便將電 子信號轉換並由 CAN Core Block 解讀,取得信息中 的各項資訊 •根據信息中的識別碼, Acceptance Filter 會過濾信 息,決定是否接收可讓使用者自行設定 •若該筆信息通過 Acceptance Filter ,會送到 Receive Register 中,透過 Register polling 或中 斷通知 Host-Controller 信息已送達 •若要使用此筆資料, Host-Controller 會透過 Interface Management Logic 來取出 Receive Register 的資料 CAN BUS 優點 CAN BUS- 優點 •接線簡單 : 只要兩條線便可以運作,並且有很高 的工作效率,成本也相當低 •傳輸距離遠且速度快 : 傳送距離 40 公尺內速度可 達到 Mb/s ,若傳送距離達 1000 公尺時,速度 可達到 40kb/s •傳送資料即時 : 從送出傳送要求到開始傳送的等 待時間很短,再加上設定優先權的方式,讓信息 送達的時間可以預期 •抵抗電磁干擾 :CAN Bus 有相當好抵抗電磁干擾的 能力 CAN BUS- 優點 •擴充性良好 :CAN Bus 協定是定義信息,而非定義 站台方式,可以很輕易的增加站台,不必做任何 軟體與硬體的修改 •高可靠度 :CAN Bus 協定具有相當完善的偵錯與除 錯的機制,且全都由硬體運作,可靠且增加使用 的方便性 未來趨勢 未來趨勢 -TTCAN •車上的資料傳輸必須藉由動作或週期時間引發, Time-Triggered CAN(TTCAN) 不用同時開發兩個 不同網路系統而重新定義另ㄧ套傳輸系統﹔因為 傳統的 CAN 是基於事件發生而產生動作, CAN 協 定結合觸發時效機制便產生了 TTCAN ,讓同ㄧ時 間位置只有一條信息傳輸 未來趨勢 -TTCAN 結論 結論 •車內網路解決方案的發展過程中, CAN 協定發揮 了強大而顯著技術能力,強化了汽車的性能與安 全性,是車內網路系統的骨幹; CAN 協定在歐洲 、北美與日本都獲得各車廠認可,在上述地區每 10 台汽車就有 7 台採用 CAN 網路協定 名詞小百科 名詞小百科
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