汽车单片机应用技术 学习情景4： 车载总线及网络系统的单片机控制 主讲：向楠

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 4.2汽车CAN系统的部件构成 4.2.1 CAN-BUS概述 1.CAN-BUS的由来 学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 4.2汽车CAN系统的部件构成 4.2.1 CAN-BUS概述 1.CAN-BUS的由来 由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。如果按照传统的汽车数据传送方式建立数据传递将是一个庞大的数据网路，如图4-5a所示。为此德国BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案——CAN数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换，如图4-5b所示，实现了各种控制器的相互通信，做到了全车信息及时共享，如图4-6所示。

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 2.CAN-BUS系统组成 CAN-BUS系统组成如图4-7所示。 学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 2.CAN-BUS系统组成 CAN-BUS系统组成如图4-7所示。 (1)CAN控制器接受在控制单元中的微处理器中的数据。处理数据并传给CAN收发器接受在控制单元中的微处理器中的数据。处理数据并传给CAN收发器。同时控制器接受收发器的数据，处理并传给微处理器。

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 （2）CAN收发器 安装在控制器内部，同时兼具接收和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。 （3）数据传输终端 数据传输终端是一个电阻，防止数据在线段被反射，以回声的方式返回，影响数据的传输。 （4）数据传输 双向数据线，由高低双绞线组成，分为CAN高线(CAN-HIGH)和CAN低线(CAN-LOW)。CAN-BUS采用双绞线自身校验的结构，既可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。系统中采用高低电平两根数据线，控制器输出的信号同时向两根通信线发送，高低电平互为镜像。并且每一个控制器都增加了 终端电阻，以减少数据传 送时的过调效应，如图 4-8所示。

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 (5)网关 把不同速度的网络连接起来，实现数据传输。实现方式有硬件方式和软件方式。由于不同区域CAN-BUS总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关(Gateway)来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。 (6)诊断总线 诊断总线用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换(图4-9)，它被代替原来的K线或者L线的功能（废弃处理控制器除外)。诊断总线大众公司目前只能在VAS5051和VAS5052下工作，而不能适用于原来的诊断工具，如1552等。诊断总线通过网关转接到相应的CAN-BUS上，然后再连接相应的控制器进行数据交换。随着诊断总线的使用，大众集团将逐步淘汰控制器上的K线存储器，而采用CAN线作为诊断仪器和控制器之间的信息连接线，我们称之为虚拟K线。

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学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 3.CAN-BUS应用实例 上海大众途安轿车控制单元位置如图4-10所示。由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同，因此最新版本的CAN总线系统人为设定为5个不同的区域，分别为驱动系统、舒适断总线系统、信息系统、多功能仪表、诊断总线等5个局域网(图4-11)。其速率分别为(kbit/s)： 驱动系统(由15号线激活)：500；舒适系统(由30号线激活)：100 信息系统(由30号线激活)：100；诊断系统(由30号线激活)：500 仪表系统(由15号线激活)：100；Lin总线：20 最大承载：1000。

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 4.2.2 CAN总线的特点 学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 4.2.2 CAN总线的特点 CAN-BUS是Controller Area Network的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。车上的布线空间有限，CAN-BUS系统的控制单元连接方式采用钢缆串行方式。由于控制器采用串行复用方式，因此不同控制器之间的信息传送方式是广播式传输。也就是说每个控制单元不指定接收者，把所有的信息都往外发送由接收控制器自主选择是否需要接收这些信息。 由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其主要特点可归纳为： 1)CAN是到目前为止唯一具有国际标准且成本较低的现场总线。 2)CAN为多主方式工作。网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，有极高的总线利用率。

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 3)在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在134us内得到传输。 4)CAN采用非破坏总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级低的节点会主动退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负担很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况。 5)CAN节点只需通过报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送/接收数据。 6)CAN的直接通信距离最远可达10m(速率5kbit/s以下),通信速率最高可达lMbit/s(此时通信距离最长为40m)。

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 7)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达10个，在CAN 2.0A标准帧报文中标识符有H位，而在CAN 2.0B扩展帧报文中标识符有29位，使节点的个数几乎不受限制。 8)报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，使数据的出错率降低。 9)CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。 10)CAN的通信介质可选择双绞线、同轴电缆或光纤。选择十分灵活。 11)CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出的功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。而且发送的信息遭到破坏后，可以自动重发。

学习情境 4 车载总线及网络系统的单片机控制 如前所述，各节点直接挂接在总线上，从而构成了多主机结构，即每一个节点都是一个主机，因而CAN是一种多主方式的串行通信总线。CAN能够使用多种物理介质，如差分驱动平衡双绞线、单线(加地线)、光纤等。最常用的就是双绞线。总线上的数据可具有两种互补的逻辑值之一，显性(主控)和隐性。显性表示为逻辑0，隐性表示为逻辑1。在ISO的标准中两条总线上的电平如表4-12所示。如果总线上的两个控制器同时向总线上发送显性电平(主控电平)和隐性电平，则总线上始终是显性电平(线“与”操作)在CAN总线中，以报文为单位进行信息传递且各节点使用相同的位速率。