电动汽车用can通信网络协议设计及实现.ppt

电动汽车用 CAN 通信网络协议设计及实现 主要内容 1. CAN 产生背景及基本概述 2. CAN 总线系统构成 3. 硬件设计 4. 软件设计 5. 预算 1.1 CAN 产生 背景 ? 为了解决由汽车内部大量传感 器、执行器等电子器件的应用 所导致的线束问题，及各个电 子器件之间数据交换问题。德 国 Bosch 公司于 20 世纪 80 年代 提出了 CAN 总线 CAN 总线。 1.2 CAN 特点 ? 具有通信速率高、 可靠性好、抗干 扰能力强、性价 比较高等优点， 目前不仅应用于 汽车电子，还广 泛应用于航空、 轮船、工业控制、 医疗器械以及建 筑、自动化设备 等诸多领域。 1.3 CAN 分层结构 ? CAN 主要 分为数据链 路层和物理 层。我们主 要完成的协 议是数据链 路层的协议 1.4 CAN 报文的帧结构 1. 仲裁场：标准帧的仲裁场由 11 位标识符 (Identifier) RTR 位 ( 远程发送请求位 ) 与组成。 仲裁场最主要的作用通过标识符确定报文的 优先权，为报文发送提供仲裁。 2. 数据场 (Date Field) ：数据场由数据帧里需要 发送的数据组成，数据长度可以为 0~8 个字 节。 1.5 CAN 优点 ? 网络各节点间的数据通信实时性强 ? 缩短了开发周期 , 已形成国际标准 ? 节点在错误严重的情况下具有自动退 出总线的功能 ? 通信速率高、容易实现、且性价比高 ? 数据通信具有突出的可靠性、实时性 和灵活性 ? 非破坏性总线优先级仲裁 ? 报文不包含源地址或目标地址，仅用 标志符来指示功 能信息、优先级信 息 2.1 CAN 总线节点构成 总线收发器 总线控制器 PC/ 微处理 器系统 控制算法 传感器 / 执行 器接口 CAN 总线 关键部分： CAN 网络控制 器和 CAN 总线 收发器，他们 实现 CAN 总线 的物理层和数 据链路层的协 议 2.2 CAN 总线拓扑构成 节点三 节点四 节点一 节点二 我们采用总线 拓扑的结构， 其网络实现比 较容易，成本 也比较低 3.1 课题所需硬件 本着器件通用和常用的原则，这里选用 SJA1000 与 AT89C51 芯 片设计一种具有通用性的系统。 AT89C51 具有 64KB 的寻址空间，本 身不带 CAN 控制器 , 所以要实现与 CAN 总线之间的通信需外加 CAN 控 制器和 CAN 驱动器。在本设计中采用 SJAl000 型 CAN 总线通信控制器 和 PCA82C251 型总线驱动器。为了增强节点抗干扰能力， CAN 控制 器和 CAN 驱动器之间连接高速光耦器 TLP113 。为了实现 AT89C51 与 PC 机串行通信，用转换芯片 MAX232 用于 TTL 电平与 RS232 电平的相 互转换，可以将接收的数据显示在 PC 上。 SJAl000 的 ADO-AD7 连接到 AT89C51 的 P0 口， CS 连接到 AT89C51 的 P2.7 。 P2.7 为 0 时， CPU 片外存储器地址可选中 SJA1000 ， CPU 通过这些地址可对 SJAl000 执行相应的读 / 写操作。 SJAl000 的 RD 、 WR 、 ALE 分别与 AT89C51 的相应引脚相连， SJAl000 的 INT 接 AT89C51 的 INTl ， AT89C51 也可通过中断方式访问 SJA1000 。 3.2 SJA1000 介绍 SJA1000 是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的 区域网络控制（ CAN ）。它是 PHILIPS 半导体 PCA82C200CAN 控制器的 替代产品。内部结构图如下图所示： 3.3 PCA82C251 介绍 PCA82C251 收发器，优点很多，例如：具有 热保护，斜率控制、减少 RFI ，待机模式电流低 ， 对电磁干扰有高的抗干扰性，速度可达 1M 等，内 部电路原理图如下： 3.4 TLP113 光电耦合介绍 TLP113 绝缘式线性光耦合器是高速光电耦合器， 输入极性是直流电源、输出电流 25mA 、隔离电压 2500Vrms 、集电极开路，可有效增强 CAN 总线抗干 扰能力。实物图如下图所示： 3.5 节点电路原理图 4.1 网络通信规则及实现 CAN 总线为多主工作方式 , 网络上任一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，通信方式灵活。为禁止总线冲突， CAN 总线采用非破坏性总线仲裁技术，根据需要将各个节点设定为不同 的优先级，并以标识符 ID 标定，其值越小，优先级越高。总线的节点之 间可以进行实时相互通信，当 1 个节点需要接收另 1 个节点的数据时，只 需把其代码寄存器的内容设置成和另 1 节点的标识符