【正文】 而對于控制器的收發(fā)引腳TX0， TX1 與 RX0， RX1，在本系統(tǒng)。 控制器 SJA1000 作為本接口電路中的控制部分，應用本設計中，對于SJA1000 和單片機的連接，引腳 AD0~AD7 是和 MSP430 的輸出輸入腳～ ； SJA1000的片選信號腳 /CS必須由微控制器的 ，否則這個片選輸入必須接到 VSS， 也可以通過地址解碼控制 ， /INT 和單片機的 /INT0 連接。 6)位定時邏輯：它將 SJA1000同步于 CAN總線上的位流。如果被接收，報文存入 RXFIFO。有了這個 FIFO，可以在 CPU處理一個報文的同時繼續(xù)接收其他到來的報文。 3)接收緩沖器 (RXB、 RXFIFO)：它是 CPU和接收濾波器之間的接口，用來存儲從 CAN總線接收并通 過了濾波的報文。 2)發(fā)送緩沖器：有 13字節(jié)長。對于擴展幀： 29 位標識符和RTR 對應 4 個 ACR，只是 ACR3 和 AMR3 的低 2 位未用。驗收濾波原理：初始化時將標識符 ID 寫入驗收碼寄存器 ACR中，驗收屏蔽寄存器 AMR為 0 的位， ACR 和 CAN 信息幀的對應位必須相等才算驗收通過， AMR 為1 的位， CAN 信息幀的對應位不驗收。RTR=0，為數(shù)據(jù)幀。 格式信息內(nèi)容如下： FF RTR X X FF=1，本幀為標準幀； FF=0，本幀為擴展幀。具有 64 字節(jié)擴展接收緩沖器 RXFIFO，其 CAN 地址為 32H～ 95H(地址為 96H～ 109H 的區(qū)域是存放發(fā)送信息的備份 )，有了 64 字節(jié)的 REFIFO， CPU 可以在處理一個報文的同時繼續(xù)接收其工學學士論文 硬件設計與選型 他到來的報文；具有接收濾波器，它把報文頭中的標識符 (ID)和驗收碼寄存器中的內(nèi)容進行比較，以判斷該報文是否被接收。 SJA1000 內(nèi)部 RAM 由寄存器組和報文緩沖區(qū)組成。 總線控制 工作原理 SJA1000 在電路中是一個總線接口芯片，通過它實現(xiàn) 從操作器、規(guī)劃器與控制器 之間的數(shù)據(jù)通信。對于 CAN 控制器及帶有 CAN 總線接口的器件， 82C250 并不是必須使用的器件，因為多數(shù) CAN 控制器均具有配置靈活的收發(fā) 接口并允許總線故障，只是驅(qū)動能力一般只允許 20～30個節(jié)點連接在一條總線上。通過 82C250 與物理總線進行連接，可使總線支持多達 110 個節(jié)點的掛接。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，在CAN 控制器和 CAN 收發(fā)器之間采用光耦 6N137 進行隔離。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離， LSTTL/TTL 兼容，高速 (典型為 10MBd)， 5mA 的極小輸入電流。 工學學士論文 硬件設計與選型 SJA1000 的主要特性如下 ： 1)管腳及電氣特性與獨立 CAN 總線控制器 PCA82C200 兼容 ； 2)軟件與 PCA82C200 兼容 (缺省為基本 CAN 模式 )； 3)擴展接收緩沖器 (64 字節(jié) FIFO)； 4)支持 時支持 11 和 29 位標識符； 5)位通訊速率為 1Mbits/s； 6)增強 CAN 模式 (PeliCAN)； 7)采用 12MHz 時鐘頻率； 8)支持多種微處理器接口； 9)可編程 CAN 輸出驅(qū)動配置； 10)工作溫度范圍為 40~+125℃ 。具有 64 字節(jié)擴展接收緩沖器 RXFIFO，其 CAN 地址為 32H～ 95H(地址為 96H～ 109H 的區(qū)域是存放發(fā)送信息的備份 )，有了 64 字節(jié)的 REFIFO， CPU 可以在處理一個報文的同時繼續(xù)接收其他到來的報文；具有接收濾波器，它把報文頭中的標識符 (ID)和驗收碼寄存器中的內(nèi)容進行比較，以判斷該報文是否被接收。 SJA1000 內(nèi)部 RAM 由寄存器組和報文緩沖區(qū)組成。 通訊接口 所選元器件介紹 SJA1000 SJA1000(圖 )是 Philips 公司生 產(chǎn)的獨立 CAN 總線控制器 ， 它是早期的 PCA82C200 的替代產(chǎn)品。 3)CAN 的數(shù)據(jù)鏈路層 CAN 的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制 (Logical Link control， LLC)完成過濾、過載通知和管理恢復等功能，媒體訪問控制(Medium Access control， MAC)子層完成數(shù)據(jù)打包 /解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應答、串并轉(zhuǎn)換等功能。 PMA 和 MDI 兩層有很多不同 工學學士論文 硬件設計與選型 的國際或國家或行業(yè)標準，也可自行定義，比較流行的是 ISOll898 定義的高速 CAN 發(fā)送 /接收器標準。其中 PLS 連同數(shù)據(jù)鏈路層功能由 CAN控制器完成， PMA 層功能由 CAN 收發(fā)器完成， MDI 層定義了電纜和連接器的特性。從物理結(jié)構(gòu)上看， CAN 節(jié)點的構(gòu)成如圖 所示。在沒有發(fā)送顯性位時，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時，總線處于隱性狀態(tài)；當有一個或多個節(jié)點發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài) [10]。 CAN 總線協(xié)議內(nèi)容 1)總線競爭的原則 BOSCH CAN 基本上沒有對物理層進行定義，但基于 CAN 的 ISO標準對物理層進行了定義。 圖 CAN 總線電平定義 CAN 總線上任意兩個節(jié)點之間的最大傳輸距離與其通訊波特率有關(guān)，如表 所示。 “顯性 ”位以大于最小閥值的差分電壓表示，此時 VCAN_H 的標稱值為 ， VCAN_L 的標稱值為 ， 如圖 所示。 CAN_H 和CAN_L 表示 CAN 總線 收發(fā)器 與總線的兩接口引腳，信號是以兩線之間的“差分 ”電壓 Vdiff形式出現(xiàn)。 “顯 ”(“Daminant”)數(shù)值表示邏輯 “0”，而 “隱性 ”(“Recessive”)表示邏輯 “1”。其典型的應用協(xié)議有： SAE J1939/ISO1178 CANOpen、 CANaerospace、 DeviceNet、 NMEA 20xx 等。同時 ， 由于 CAN 總線本身的特點 ， 其應用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè) ， 而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。由于其良好的性能及獨特的設計 ， CAN 總線越來越受到人們 重視。 4)最有前途的現(xiàn)場總線之一 CAN 即控制器局域網(wǎng)絡 ， 屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。 3)已形成國際標準的現(xiàn)場總線 另外 ， 與其它現(xiàn)場總線比較而言 ， CAN 總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標 準的現(xiàn)場總線。而且 CAN 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能 ， 以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響 ，工學學士論文 硬件設計與選型 從而保證不會出現(xiàn)象在網(wǎng)絡中 ， 因個別節(jié)點出現(xiàn)問題 ， 使得總線處于“死鎖 ”狀態(tài)。 2)縮短了開發(fā)周期 CAN 總線通過 CAN 收發(fā)器接口芯片 82C250 的兩個輸出端 CANH和 CANL 與物理總線相連 ， 而 CANH 端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài) ， CANL 端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。較之目前許多 RS485 基于 R 線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言 ， 基于 CAN 總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性： 1)網(wǎng)絡各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強 首先 ， CAN 控制器工作于多主方式 ， 網(wǎng)絡中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán) (取決于報文標識符 )采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù) ， 且 CAN 協(xié)議廢除了站地址編碼 ， 而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼 ， 這可使不同的節(jié)點同時接收到 相同的數(shù)據(jù) ， 這些特點使得 CAN 總線構(gòu)成的網(wǎng)絡各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強 ， 并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu) ， 提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。換句話說 ， 一個系統(tǒng)按每年 365 天 ， 每天工作 8小時 ， 每秒錯誤率為 計算 ， 那么按統(tǒng)計平均 ， 每 1000 年才會發(fā)生一個不可檢 測的錯誤。例如 ， CAN 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸率最大為 1Mbps， 如果數(shù)據(jù)傳輸能力僅使用50%， 那么對于一個工作壽命 4000 小時、平均報文長度為 80 位的系統(tǒng) ， 所工學學士論文 硬件設計與選型 傳送的數(shù)據(jù)總量為 91010。計算殘余錯誤概率要求能夠?qū)?shù)據(jù)錯誤進行分類 ， 并且數(shù)據(jù)傳輸路徑可由一模型描述。它描述了傳送數(shù)據(jù)被破壞和這種破壞不能被探測出來的概率。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看 ， 可靠性可以理解為對傳輸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤的識別能力。 CAN 的可靠性 為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯誤而對司機造成危險 ， 汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。為此 ， CAN 協(xié)議提供一種將偶然錯誤從永久錯誤和局部站失敗中區(qū)別出來的辦法。 但這種方法存在一個問題 ， 即一個發(fā)生錯誤的站將導致所有數(shù)據(jù)被終止 ， 其中也包括正確的數(shù)據(jù)。作為規(guī)則 ， 在探測到錯誤后 23 個位周期內(nèi)重新開始發(fā)送。這可以阻止其它站接收錯誤的報文 ， 并保證網(wǎng)絡上報文的一致性。 CAN 通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤 ， 如果在一幀報文中有 6 個相同位 ， CAN 就知道發(fā)生了錯誤。在五個連續(xù)相等位后 ， 發(fā)送站自動插入一個與之互補的補碼位 ； 接收時 ， 這個填充位被自動丟掉。然而 ， 如果在一幀報文中有太多相同電平的位 ， 就有可能失去同步。因此 ， 發(fā)送報文的站可以觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異。 CAN 協(xié)議也可通過位檢查的方法探測錯誤。 3)應答錯誤 如前所述 ， 被接收到的幀由接收站通過明確的應答來確認。接收站通過 CRC 可判斷報文是否有錯。 CAN 協(xié)議可使用五種檢查錯誤的方法 ， 其中前三種為基于報文內(nèi)容檢查。 工學學士論文 硬件設計與選型 數(shù)據(jù)錯誤檢測 不同于其它總線 ， CAN 協(xié)議不能使用應答信息。 報文的尾部由幀結(jié)束標出。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平 (邏輯 1)， 這時正確接收報文的接收站發(fā)送主控電平 (邏輯 0)覆蓋它。數(shù)據(jù)場范圍為 0～ 8 個字節(jié) ， 其后有一個檢測數(shù)據(jù)錯誤的循環(huán)冗余檢查 (CRC)。它還包括一個保留位 (ro)， 為將來擴展使用。 RTR 位標明是數(shù)據(jù)幀還是請求幀 ， 在請求幀中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)。 CAN 協(xié)議支持兩種報文格式 ，其唯一 不同是標識符 (ID)長度不同 ， 標準格式 11 位 ， 擴展格式 29 位。這是實現(xiàn)有較高可靠性的通信系統(tǒng)的唯一方法。這種方法在網(wǎng)絡負載較重時有很多優(yōu)點 ， 因為總線讀取的優(yōu)先級已被按順序放在每個報文中了 ， 這可以保證在實時系統(tǒng)中較低的個體隱伏時間。所有未獲得總線讀取權(quán)的站都成為具有最高優(yōu)先權(quán)報文的接收站 ，并且不會在總線再次空閑前發(fā)送 。在此例中 ， 站 2 的報文被跟蹤。站 2 和站 3 報文的 6位相同 ， 直到第 7 位時 ， 站 3 的報文才被丟失。如圖 所示 ， 當幾個站同時發(fā)送報文時 ， 站 1 的報文標識符為 011111； 站2 的報文標識符為 0100110； 站 3 的報文標識符為 0100111。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設計時被確立后就不能再被更改。一個快速變化的物理量 ， 如汽車引擎負載 ， 將比類似汽車引擎溫度這樣相對變化較慢的物理量更頻繁地傳送數(shù)據(jù)并要求更短的延時。在幾個站同時需要發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 要求快速地進行總線分配。它允許分布過程同步化 ，即總線上控制器需要測量數(shù)據(jù)時 ， 可由網(wǎng)上獲得 ， 而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。我們可以很容易地在 CAN 總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進行檢測 ， 判斷這些報文是否是發(fā)給自己的 ， 以確定是否接收它。 圖 CAN 總線應用系統(tǒng) 當一個站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 該站的 CPU 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己主機 CAN 控制器 CAN 收發(fā)器 CAN 收發(fā)器 CAN 控制器 CAN 收發(fā)器 CAN 控制器 節(jié)點 1 節(jié)點 2 CAN 收發(fā)器 CAN 控制器 節(jié)點 3 CANBus 工學學士論文 硬件設計與選型 的標識符傳送給本站的 CAN 芯片 ， 并處于準備狀態(tài) ； 當它收到總線分配時 ，轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。在同一系統(tǒng)中標識符是唯一的 ， 不可能有兩 個站發(fā)送具有相同標識符的報文。對每個節(jié)點來說 ， 無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的 ， 都對其進行接收。 CAN 網(wǎng)絡的配制比較容易 ， 允許任何站之間直接進