【文章內(nèi)容簡介】 幀 出錯幀由兩個不同場組成，第一個場由來自各站的錯誤標(biāo)志疊加得到，后隨的第二個場是出錯界定符。出錯幀的組成如圖 。 數(shù)據(jù)幀 出錯幀 錯誤標(biāo)志 幀間空間 或超載幀 錯誤疊加標(biāo)志 錯誤界定符 圖 出錯幀組成 幀間空間 遠(yuǎn)程幀 幀間空間 或超載幀 幀起始 仲裁場 控制場 CRC場 ACK場 幀結(jié)束 圖 遠(yuǎn)程幀組成 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 錯誤標(biāo)志具有兩種形式，一種是活動錯誤標(biāo)志（ active error flag），一種是認(rèn)可錯誤標(biāo)志（ Passive error flag），活動錯誤標(biāo)志由“ 000000”組成，而認(rèn)可錯誤標(biāo)志由“ 111111”組成。 一個檢測到出錯條件的“錯誤激活”節(jié)點通過發(fā)送一個活動 錯誤標(biāo)志進行標(biāo)注。同理，其它節(jié)點若同樣也檢測到出錯條件，則也發(fā)送出錯標(biāo)志。這樣，在總線上被監(jiān)視到的“ 0”序列是由各個站單獨發(fā)送的出錯標(biāo)志疊加而成的。該序列的總長度在最小值 6和最大值 12 位之間變化。 一個檢測到出錯條件的“錯誤認(rèn)可”站發(fā)送一個認(rèn)可錯誤標(biāo)志進行標(biāo)注。該錯誤認(rèn)可站以發(fā)送出認(rèn)可錯誤標(biāo)志為起點，當(dāng)檢測到總線上有 6個相同的連續(xù)位后，認(rèn)可錯誤標(biāo)志即告完成。 出錯界定符包括“ 11111111。錯誤標(biāo)志發(fā)送后，每個站都送出“ 1”，并監(jiān)視總線，直到檢測到“ 1”。此后開始發(fā)送剩余的“ 1111111”。 以上錯誤 幀的位填充由節(jié)點硬件自動控制。 （ 4） 超載幀 超載幀包括兩個位場：超載標(biāo)志和超載界定符，如圖 。 （ 5） 幀間空間 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同前面的幀相同，不管是何種幀（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀或超載幀）均被稱為幀間空間的位場分開。 幀間空間包括間歇場和總線空閑場，對于“錯誤認(rèn)可”節(jié)點還有暫停發(fā)送場。對于非“錯誤認(rèn)可”的接收器，其幀間空間如圖 ；對于“錯誤認(rèn)可”節(jié)點，其幀間空間如圖 所示。 幀間空間 總線空間 幀 幀 間歇場 幀結(jié)束或 超載界定符 錯誤界定符 超載幀 超載錯誤 幀間空間 或超載幀 超載界定符 超載疊加標(biāo)志 圖 超載幀組成 圖 非“錯誤認(rèn)可”幀間空間 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 間歇場由“ 111”組成 。間歇期間，不允許啟動發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。總線空閑周期可為任意長度。此時，總線是開放的，因此任何需要發(fā)送的站均可訪問總線。 暫停發(fā)送場是指：“錯誤認(rèn)可”節(jié)點發(fā)完一個報文后，在開始下一次報文發(fā)送或總線空閑之前，它緊隨間歇場后送出“ 11111111”。如果其間由其它站引起一次發(fā)送，則本節(jié)點將變?yōu)閳笪慕邮掌鳌? CAN 通信控制器 SJA1000 CAN 的通信協(xié)議主要由 CAN 控制器完成。 CAN控制器主要由實現(xiàn) CAN總線協(xié)議部分和微控制器接口部分組成。不同型號的 CAN總線通信控制器，實現(xiàn) CAN協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大都 相同，而與微控制器接口部分的結(jié)構(gòu)及方式存在一些差異。 BasicCAN 功能說明 1．地址分配 SJA1000 的地址域由控制段和報文緩沖器組成。在 SJA1000 被初始化時，控制段可被設(shè)置通信參數(shù)， CAN 總線上的通信可通過此段由 CPU 控制。被發(fā)送的報文必須被寫入發(fā)送節(jié)點的發(fā)送緩沖器，接收節(jié)點成功接收后，微控制器可從接收節(jié)點的接收緩沖器讀取報文，然后釋放它，準(zhǔn)備下次用。 注： （ 1） 寄存器在高端 CAN 地址區(qū)被重復(fù)（ 8 位 CPU 地址的最高位是不參與解碼的； CAN 地址 32 是和 CAN 地址 0連續(xù)的） （ 2） 測試寄存器只用于產(chǎn) 品測試。正常操作中使用這個寄存器會導(dǎo)致設(shè)備不可意料的結(jié)果。 （ 3） 許多位在復(fù)位模式中是只寫的（ CAN 模式和 CBP） 2．控制寄存器（ CR）： CAN 地址 0 控制寄存器的內(nèi)容是用于改變 CAN 控制器的行為的。這些位可以被微控制器設(shè)置或復(fù)位，用戶可以對控制寄存器進行讀 /寫操作。 幀間空間 間歇場 暫停發(fā)送場 總線空間 幀 幀 圖 “錯誤認(rèn)可”幀間空間 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3．命令寄存器（ CMR）： CAN 地址 1 命令位初始化 SJA1000 傳輸層動作。命令寄存器對微控制器來說是只寫存儲器，用戶可以對之進行操作。如果去讀這個地址，返回值是‘ 11111111’。 4．狀態(tài)寄存器（ SR）： CAN 地址 2 狀態(tài)寄存器內(nèi)容 反映了 SJA1000 的狀態(tài)。狀態(tài)寄存器對用戶來說是只讀存儲器。 5．中斷寄存器（ IR）： CAN 地址 3 中斷寄存器允許中斷源的識別。當(dāng)寄存器的一位或多位被置位時， INT（低電平有效）引腳就被激活了。寄存器在被控制器讀過之后，所有會導(dǎo)致 INT 引腳上的電平漂移的位被復(fù)位。中斷寄存器對用戶來說是只讀存儲器。 6．識別碼（ ID） 識別碼有 11 位（ ～ ）。 是最高位，在仲裁過程中是最先被發(fā)送到總線上。識別碼就像信息的名字。它在接收器的接收過濾器中被用到，也在仲裁過程中決定總線訪問的優(yōu)先級。識別碼 的值越低，其優(yōu)先級越高。該識別碼由用戶填寫。 7．遠(yuǎn)程發(fā)送請求（ RTR） 如果此位是“ 1”，總線將以遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)發(fā)送數(shù)據(jù)，這意味著此段中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)。盡管如此，也需要同識別碼相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來識別正確的數(shù)據(jù)長度。 如果 RTR 位沒有被置位，數(shù)據(jù)將以數(shù)據(jù)長度碼規(guī)定的長度來傳送。 8．?dāng)?shù)據(jù)長度碼（ DLC） 信息數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)長度碼編制。在遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)傳送中，因為 RTR 被置位數(shù)據(jù)長度碼是不被考慮的。這就迫使發(fā)送、接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)為 0?？傊瑪?shù)據(jù)長度碼必須正確設(shè)置以避免兩個 CAN 控制器用同樣的識別機制啟動遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)傳送而發(fā) 生總線錯誤。數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是 0～ 8，是以如下方法計算的： 數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) =8DLC. 3+4DLC. 2+2+DLC. 0 為了保持兼容性，數(shù)據(jù)長度碼不超過 8，如果選擇的值超過 8，則按照 DLC規(guī)定認(rèn)為是 8。它的各位由用戶填寫。 9．?dāng)?shù)據(jù)區(qū) 傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)由數(shù)據(jù)長度碼決定。發(fā)送的第一位是地址 12單元的數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位。由用戶填寫所要發(fā)送的數(shù)據(jù)。 10．接收緩沖器 接收緩沖器的全部列表和發(fā)送緩沖器類似。接收緩沖器是 RXFIFO 中可訪問的部分，位于 CAN 地址的 20～ 29 之間。 識別碼、遠(yuǎn)程發(fā)送請求位和數(shù) 據(jù)長度碼同發(fā)送緩沖器的相同，只不過是在地 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 址 20～ 29。 RXFIFO 共有 64 字節(jié)的信息空間。在任何情況下， FIFO 中可以存儲的信息數(shù)取決于各條信息的長度。如果 RXFIFO 中沒有足夠的空間來存儲新的信息，CAN 控制器會產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出。數(shù)據(jù)溢出發(fā)生時，己部分寫入 RXFIFO 的當(dāng)前信息將被刪除。這種情況將通過狀態(tài)位或數(shù)據(jù)溢出中斷反應(yīng)到微控制器。接收緩沖器的內(nèi)容是本節(jié)點有效接收的數(shù)據(jù)。 11．接收過濾器 在接收過濾器的幫助下， CAN 控制器能夠允許 RXFIFO 只接收同識別碼和接受過濾器中預(yù)設(shè)值相一致的信息。接收過濾器通過 接收代碼寄存器和接收屏蔽寄存器來定義。該接收過濾器由用戶填寫。 12．接收代碼寄存器（ ACR） CAN地址 4 復(fù)位請求位被置高（當(dāng)前）時，這個寄存器是可以訪問的。如果一條信息通過了接收過濾器的測試而且接收緩沖器有空間，那么描述符和數(shù)據(jù)將被分別順次寫入 RXFIFO。當(dāng)信息被正確的接收完畢，就會： 收狀態(tài)位置高（滿） 收中斷使能位置高（使能）接收中斷置高（產(chǎn)生中斷）。 接收代碼位（ — ）和信息識別碼的高 8位（ — ）相等，且與接收屏蔽位（ — ）的相應(yīng)位相等或為 1。即 如果滿足以下方程的描述，則被接收： ﹛﹙ — ﹚ =﹙ — ﹚﹜ ∨ ﹙ — ﹚ ≡11111111 13．接收屏蔽寄存器（ AMR） CAN地址 5 如果復(fù)位請求位置高（當(dāng)前），這個寄存器可以被訪問（讀 /寫）。 驗收屏蔽寄存器定義驗收代碼寄存器的哪些位對接收過濾器是“相關(guān)的”或“無關(guān)的”。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第 3章 總體設(shè)計方案 系統(tǒng) 功能描述 在汽車中，有很多信號的采集。這些信號需要共享，而不僅僅是用于某一個控制單元。使用 CAN 總線就可以很簡單的將這些信號采集單元組成網(wǎng)絡(luò)，從而共享數(shù)據(jù)。 CAN 總線系統(tǒng)中所 有的信號傳輸都通過總線傳輸。 電動汽車已成為未來汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢 ,有效合理的電池管理系統(tǒng)能夠最優(yōu)的利用有限的電池能量 ,最大化的延長電池生命周期。因此 ， 動力蓄電池管理系統(tǒng)成為電動車技術(shù)重要課題之一。 本次設(shè)計 以 單片機為核心，設(shè)計了一種高精度、低價格的電池管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電動汽車多組蓄電池組的溫度和電壓的實時 監(jiān)測。應(yīng)用 CAN 總線與動力總成控制器通訊，性能可靠，開放性強，抗電磁干擾能力強，特別適用于復(fù)雜的車輛環(huán)境 監(jiān) 測。 本系統(tǒng)就是要用 CAN 總線技術(shù)來實現(xiàn) 。 純電動汽車以車載動力蓄電池為電源，而蓄電池是一種化學(xué)反應(yīng) 裝置，內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)一般不易覺察，日常使用中的缺陷不會立即反應(yīng)出來。為了延長蓄電池的壽命，必須避免過充電或過放電，并且能顯示電 監(jiān) 測各單體蓄電池的工作電壓和溫度，降低蓄電池組各單體蓄電池的不均衡性，并且能通過 CAN 總線與車用動力總控制器通訊，將蓄電池組的溫度、電壓等參數(shù)實時傳給動力總控制器。 傳感器采集蓄電池的電壓和溫度 ，并進行處理后通過 CAN總線將采集來的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車的其它控制單元中，而且可以接收 CAN總線中其它節(jié)點或控制單元的數(shù)據(jù)。要求系統(tǒng)的軟硬件能夠協(xié)同工作實現(xiàn)功能。 設(shè)計方案 系統(tǒng)工作過程 是：單元中 的單片機 C8051F040 把來 自信號采集電路采集的信號 采集進來，對其進行處理后，發(fā)向 CAN 控制器的發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動 CAN 控制器的發(fā)送命令，此時 CAN 控制器將自動向總線發(fā)送數(shù)據(jù) 。 CAN 控制器通過信息幀中的標(biāo)識符來進行仲裁，標(biāo)識符數(shù)值最小的 CAN 控制器具有對總線的優(yōu)先使用權(quán)。 CAN 控制器檢測到總線上有數(shù)據(jù)時會自動接收總線上的所需數(shù)據(jù)，存入其接收緩沖區(qū)，并向單片機 AT89C52 發(fā)送接收中斷，啟動單片機的接收服務(wù)程序，單片機通過執(zhí)行接收服務(wù)程序從 CAN 控制器的接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù) ，然后 進行顯示 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 控制等 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖 所示。 圖 3,.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 設(shè)計要點 （ 1）在設(shè)計微處理器與 SJA1000的接口電路時，首先要根據(jù)微處理器選擇 SJA1000的接口模式。 其次要注意 SJA1000 的片選地址應(yīng)與其它的外部寄存器無沖突，還應(yīng)注意 SJA1000 的復(fù)位電路應(yīng)為低電平有效。 （ 2）微處理器對 SJAI000 的控制訪問，是以外部寄存器 方式來訪問 SJA1000 的內(nèi)部寄存器，所以在微處理器訪問 SJA1000 時，應(yīng)該正確定義 SJA1000 內(nèi)部寄存 器的訪問地址。 （ 3）微處理器可以通過中斷和查詢的方式來訪問 SJA1000。 （ 4）微處理器訪問 SJA1000 時，有兩種不同的模式：工作模式和復(fù)位模式。對SJA1000 的初始化只能在 SJA1000 的復(fù)位模式下進行。初始化包括設(shè)置驗收濾波器、總線定時器、輸出控制、時鐘分頻中的特定控制等，設(shè)置復(fù)位請求后，一定要校驗，以確保設(shè)置成功。 （ 5）向 SJA1000 的發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)時，一定要檢查發(fā)送緩沖區(qū)是否處于鎖定狀態(tài)，如鎖定，這時寫入的數(shù)據(jù)將丟失。 （ 6）對 SJA1000 的操作難點在于總線定時器的設(shè)置，設(shè)置總線定 時器包括：設(shè)置總線波特率、同步跳轉(zhuǎn)寬度、位周期的長度、采樣點的位置和每個采樣點的數(shù)目。 溫度傳感器 電壓隔離采樣電路 單片機C8051F040 信號放大放大 電壓變換 CAN 收發(fā)器 CAN BUS CAN 收發(fā)器 光電隔離 CAN 控制器 單 片 機 AT89C52 LED顯示 鍵盤 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 芯片的選擇 1． 單片機 本次設(shè)計用到兩個單片機： C8051F040 和 AT89C52。 Cygnal 公司的 51 系列單片機 C8051F040 是集成在一塊芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機，在一個芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個單片機數(shù)據(jù)采集或控制的智能節(jié)點所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)以及其他功能部件，代表了目前 8位單片機控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。芯片上有 1 個 12 位多通道 ADC， 2個 12 位 DAC， 2個電壓比較器， 1 個電壓基準(zhǔn)， 1 個 32kB 的 FLASH 存儲器，與 MCS－ 51 指令集完全兼容的高速 CIP－ 51 內(nèi)核，峰值速度可達 25MIPS，并且還有硬件實現(xiàn)的 UART 串行接口和完全支持 和