CANBUS协议培训课件

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1、 目录 1:网络的组建2:总线节点的组成3:总线电平（总线上的物理信号）4:抗电磁干扰能力5:通信原理（广播方式）6:帧的种类7:数据帧解析8:数据帧仲裁段解析9:数据帧控制段解析10:数据帧数据段解析11:发送冲突的处理方法(仲裁方法)12:位填充规则(Bit-Stuffing Rule)13:错误的种类14:位时序以及同步15:错误计数器11:CAN bus 网络的组建所有节点通过两条线连接起来。两条线分别称为CAN_H和CAN_L。如果要求不高，一般用带屏蔽的双绞线就可以了。网络的两端必须有120欧的终端电阻。所以在设计线路板的时候都要有一个120欧的电阻，一般1/4瓦就够了。通过跳线或

2、者拨码开关选择是否使用这个电阻。22:CAN bus 节点的组成一个节点一般包含3个部分：微控制器，CAN控制器和CAN收发器。典型的组合有：51单片机+SJA1000+PCA82C250(5V)。另外，有的微控制器内部已经包含了CAN控制器，比如STM32。STM32+SN65HVD230(3.3V)。收发器一般都是8个引脚的芯片。集成CAN控制的微控制器将是未来CANBUS应用的首选。33:CAN bus 上的总线电平(总线上的物理信号)CANBUS上的总线电平称为隐性电平和显性电平。Recessive：隐性(代表逻辑1)CAN_H=CAN_L=2.5V 两条线上的电压差：0VDomina

3、nt：显性(代表逻辑0)CAN_H=3.5V /CAN_L=1.5V 两条线上的电压差：2V如果CAN控制器发送逻辑1时，CAN收发器使CAN_H和CAN_L都为2.5V，这时，两条线上的电压差为0V。总线上称为隐性电平。如果CAN控制器发送逻辑0时，CAN收发器使CAN_H为3.5V，CAN_L为1.5V，这时，两条线上的电压差为2V。总线上称为显性电平。多个节点同时开始发送时，会涉及到总线仲裁（也就是谁可以继续发送）。显性电平优先级高于隐性电平，以后会专门讲，这里先提一下。44:CAN bus 抗电磁干扰能力如果出现电磁干扰，那么肯定会同时干扰到CAN_H和CAN_L两条线。CAN收发器始

4、终采集的是这两条线上的电压差，而电压差不会因为干扰而改变，这种方式明显提高了抗干扰能力。这就是为什么采用差分传输的原因。55:CAN bus 通信原理(广播方式)每一个节点都可以主动发送帧。(帧是CAN协议规定的发送或接收的单位)每一个节点都可以接收到来自其他节点的发送的帧。但具体要不要接收，由你决定。通常是通过配置CAN控制器的过滤器寄存器来设置。一旦设置好，CAN控制器会根据你的设置，自动去判断要不要接收，完全由硬件实现，这个判断要不要接收的过程，也叫过滤。66:CAN bus 帧的种类大家不要被这么多种类的帧吓坏了，其实很多都是由硬件自动实现的。通信是通过以上5 种类型的帧进行的。帧由段

5、组成，段由二进制位组成。发送或者接收只能以帧为单位！数据帧和远程帧有标准格式和扩展格式两种。标准格式有11 位标识符（Identifier:简称ID），扩展格式有29 位标识符。错误帧,过载帧和帧间隔都是由硬件实现，我们无法用软件控制。对于应用者来说是透明的，我们完全可以不用管它们。数据帧和远程帧结构上差不多，最大的区别就是远程帧没有数据段。数据帧也是最复杂的帧，所以我们重点解析数据帧。帧帧帧用途帧用途1数据帧用于一个节点传送信息到其它任一或所有节点2远程帧用于一个节点主动要求其它节点发送信息3错误帧如果节点在接收过程中检测到错误，它就会发送一个错误帧4过载帧当一个节点正忙于处理接收的信息,可

6、以通知其它节点暂缓发送新报文5帧间隔帧与帧之间的间隔77:CAN bus 数据帧解析数据帧由7 个段构成。(1)帧起始(SOF)：表示帧开始。(2)仲裁段(Arbitration Field)：表示该帧的优先级(主要就是ID)。(3)控制段(Control Field)：表明数据的字节数。(4)数据段(Data Field)：数据的具体内容，可发送08 个字节的数据。(5)CRC 段(CRC Field)：用于校验传输是否正确。(6)ACK 段(ACK Field)：表示确认是否正常接收。(7)帧结束(EOF)：表示此帧结束。其中帧起始,CRC段,ACK段,帧结束由硬件实现。88:CAN bu

7、s 数据帧仲裁段解析标准格式的标识符长度的是11位，紧随其后的是RTR位，用于表明此帧是数据帧还是远程帧。IDE位用于表明此帧是标准帧还是扩展帧。扩展格式的标识符长度的是29位，紧随其后的是RTR位，用于表明此帧是数据帧还是远程帧。IDE位用于表明此帧是标准帧还是扩展帧。CAN控制器都有相关的寄存器与这些位对应。只需要操作寄存器就行了。ID可以根据自己的需要设置，比如可以把它当做地址。节点接收数据的时候主要就是过滤这里设置的ID。这点非常重要，要认真体会！99:CAN bus 数据帧控制段解析保留位（r0、r1），CAN控制器硬件会自动处理,我们不管它。数据长度码（DLC0-DLC3），CAN

8、控制器有相应的寄存器用来设置数据长度。数据的字节数必须为08 字节。但接收方对DLC=915 的情况并不视为错误。1010:CAN bus 数据帧数据段解析数据段就是你想发送的数据。可包含08 个字节的数据。CAN控制器有对应的寄存器，直接填入数据就行了。总结一下：我们做软件的时候只要设置ID,RTR,IDE,数据长度和具体的数据，这些都有相关的寄存器供我们操作。CAN控制器硬件会负责把这些东西打包成帧格式。1111:CAN bus 发送冲突的处理方法(仲裁方法)在总线空闲时，最先开始发送的节点获得发送权，一旦开始发送，不会被其他节点抢占。多个节点同时开始发送时，各发送节点从仲裁段的第一位开始

9、进行仲裁。连续输出显性电平最多的节点可继续发送。(Dominant：显性优先)1212:CAN bus 位填充规则(Bit-Stuffing Rule)位填充是为防止突发错误而设定的功能。当同样的电平持续5 位时则添加一个位的反型数据。位填充的构成如上图 所示,硬件自动实现。1313:CAN bus 错误的种类当发生错误时，一般都会触发错误中断，可以查看中断标志位，了解具体发生了什么类型的错误，然后根据自身的情况处理。错误的种类错误的种类错误的内容错误的内容1:位错误当发送器将自己发送的电平与总线上的电平相比较，发现两者不相等时产生2:填充错误当节点检测到 6 个相同电平值的连续位时发生。在正

10、常情况下，当发送器检测到它已经发送了 5 个数值相同的连续位时，那么它将在第六位上插入一个取反值（称之为位填充）。这样，当节点检测到 6 个连续的具有相同值的位时，即产生一个填充位错误。3:CRC 错误 当 CRC（循环冗余检查）值与发送器生成值不匹配时发生。每一帧包含一个由发送器初始化的循环冗余检查（CRC）域。接收器计算出 CRC值，并与发送器产生的值相比较。如果两个值不相等，即产生 CRC 错误。4:格式错误 当在一必须发送预定值的区内检测到非法位时发生。确定的预定义的位值必须在 CAN 帧内的一个确定点发送，如果在这些区域中的一个内检测到非法位值，即产生格式错误。5:ACK 错误当发送

11、器确定信息没有得到应答时发生。在数据帧及远程帧之间存在一个应答时间段。该时间段内，所有接收的节点，无论是否是预定的接收者都必须对接收的信息作出应答。1414:CAN bus 位时序以及同步正常的位时间=1/波特率。比如：1M波特率。一个位的时间就是1微秒。一个位的时间我们人为地把它细分为4 段。同步段(SS)监视由隐性电平到显性电平的边沿并使之同步。传播时间段(PTS)用于吸收CAN网络上的物理延迟。相位缓冲段1(PBS1)相位缓冲段2(PBS2)再同步时，用于补偿相位误差。15同步重新同步跳跃宽度(SJW)：对相位误差进行同步补偿的最大值。图中加大或者减小的量就是这个SJW。16位时序设定举

12、例假如CAN波特率为1M,接收采样时钟为8M，那么我们把8M时钟分为8份，其中SS:一份,PTS:3份,PBS1:2份，PBS2:2份。份还有一个正式的名称:Time Quantum(tq)。1715:CAN bus 错误计数器节点始终处于3 种状态之一主动错误状态：主动错误状态是可以正常参加总线通信的状态。被动错误状态：被动错误状态是易引起错误的状态。总线关闭态：总线关闭态是不能参加总线上通信的状态，信息的接收和发送均被禁止。这些状态依靠发送错误计数和接收错误计数来管理，根据计数值决定进入何种状态。错误状态和计数值的关系如上表 所示。处于总线关闭态的节点，检测到128 次连续11 个位的隐性

13、位则：TEC=0 REC=0。相当于自动恢复。单元错误状态单元错误状态发送错误计数值（发送错误计数值（TEC）接收错误计数值（接收错误计数值（REC）主动错误状态0127且 0127被动错误状态128255或 128255总线关闭态256 18北极星电子CANBUS周边产品介绍PCI8510：基于PCI总线的PC CAN接口卡。CAN控制器为 SJA1000.工业级。收发速度达8000帧/秒以上。USBCAN：基于USB总线的PC CAN接口卡。CAN控制器为SJA1000或者STM32(驱动提供各自的寄存器操作)，并有一路或者两路CAN通道。工业级。接收速度可达7500扩展帧/秒。CANBUS协议分析仪：基于USB总线的CAN协议分析仪。可解析CANOpen J1939 DeviceNet 协议。以及常规的CAN数据分析。更多资料：STM32CAN发送和接收过滤详解 STM32CAN示例程序 STM32 3.5库函数中文手册（CAN部分）SJA1000示例程序 CAN协议 。欢迎大家咨询了解19难者不会，会者不难再见！20