CAN传输原理与过程及传输介质.pptx

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1、CAN数据总线中的数据传递就像一个电话会议一个电话用户（控制单元）将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”这个数据CAN数据总线数据传输的原理数据总线数据传输的原理对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则选择忽略第1页/共74页CAN数据总线的构成数据总线的构成CAN数据总线由1个控制器、1个收发器、2个数据传输终端和2条数据传递线构成第2页/共74页CAN数据总线各部件的功能数据总线各部件的功能CAN控制器的功能接收在控制单元中的微处理器中的数据处理数据并传送给CAN收发器接受CAN收发器的数据，处理并传送给微处理器第3页/共74页CANCAN收发器的功能收发器的功能是一个发送

2、器和接收器的组合将CAN控制器提供的数据转化为电信号并通过数据线发送出去接收数据，并将数据传送到CAN控制器第4页/共74页数据传输终端的功数据传输终端的功能能是一个电阻器阻止数据在传输终了被反射回来并产生反射波因为反射波会破坏数据第5页/共74页用以传输数据的双向数据线分为CAN高位数据线（CAN-HIGH）和CAN低位数据线（CAN-LOW）数据总线没有指定接收器，数据通过数据总线发送并由各控制单元接受和计算数据传递线的功能数据传递线的功能第6页/共74页CANCAN数据总线的数据传递过程数据总线的数据传递过程第7页/共74页提供数据控制单元向CAN控制器提供需要发送的数据发送数据CAN收

3、发器接收由CAN控制器传来的数据，转为电信号并发送接收数据CAN系统中，所有控制单元转为接收器检查数据控制单元检查判断所接收的数据是否所需要的数据接受数据如接收的数据重要，它将被接受并进行处理。否则忽略第8页/共74页CANCAN数据总线传递数据的构数据总线传递数据的构成成CAN数据总线在极短的时间里，在各控制单元间传递数据，可将其分为7个部分CAN数据总线传递的数据由多位构成。在数据中，位数的多少由数据域的大小决定（一位是信息的最小单位单位时间电路状态。在电子学中，一位只有0或1两个值。也就是只有”是“和”不是“两个状态）第9页/共74页数据的形成图表如下：该形式在两条数据传输线上是一样的第

4、10页/共74页开始域：标志数据开始。带有大约5V电压（由系统决定）的1位，被送入高位CAN线；带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。状态域：判定数据中的优先权。如果两个控制单元都要同时发送各自的数据，那么，具有较高优先权的控制单元，优先发送第11页/共74页检查域：显示在数据域中所包含的信息项目数。在本部分允许任何接收器检查是否已经接收到所传递过来的所有信息。数据域：在数据域中，信息被传递到其他控制单元。第12页/共74页确认域：在此，接收器信号通知发送器，接收器已经正确收到数据。若检查到错误，接收器立即通知发送器，发送器然后再发送一次数据结束域：标志数据报告结束。在此是显示错误并重复发

5、送数据的最后一次机会安全域：检测传递数据中的错误。第13页/共74页数据是如何产生的？数据是如何产生的？数据由多位构成每1位只有0或1两个值或状态。下面以灯开关为例说明带有0或1的状态是如何产生的。灯开关打开或关闭，这说明灯开关有两个不同的状态。第14页/共74页灯开关处于值1的状态：开关闭合，灯亮开关处于值0的状态：开关打开，灯不亮第15页/共74页位值为1的状态：CAN发送器打开，在舒适系统中电压为5V，在动力传动系统中，电压大约为2.5V。相同电压施加在传递线上。从原理上讲，CAN数据总线的功能与此完全相同，CAN发送器也能产生2个不同位状态第16页/共74页位值为0的状态：CAN发送器

6、关闭，接地；传输线同样接地，大约为0V通过2个位，可以产生4个变化每1项信息均可以由每个变化状态表示，并与所有的控制单元相联系第17页/共74页信息通过2个连续位进行传递例释第18页/共74页随着位数的增加，信息量增加情况随着位数的增加，信息量增加情况1位的位值变化产生信息2位的位值变化产生信息3位的位值变化产生信息0V10 0V；0V100V；0V；0V105V20 0V；5V200V；0V；5V205V；0V300V；5V；0V305V；5V400V；5V；5V405V；0V；0V505V；0V；5V605V；5V；0V705V；5V；5V80第19页/共74页CANCAN数据总线的数据分

7、配数据总线的数据分配如果多个控制单元要同时发送各自的数据，那么系统就必须决定哪个控制单元首先进行发送具有最高优先权的数据，首先发送基于安全考虑，由ABS/EDL控制单元提供的数据比自动变速器控制单元提供的数据（驾驶舒适）更重要，因此具有优先权第20页/共74页数据如何进行分配？数据如何进行分配？每个位都有1个值，该值定义为电位这样就有2个可能：高电位或低电位位电压位值电位0V0高电位5V1低电位第21页/共74页如何确认数据报告的优先权？如何确认数据报告的优先权？在状态域中，由11位组成的编码，其数据的组合形式决定了数据的优先权。下面是3组不同数据报告的优先权：优先权数据报告状态域形式1Bra

8、ke1(制动1）001 1010 00002Engine1（发动机1）010 1000 00003Gearbox1（变速器1）100 0100 0000第22页/共74页3个控制单元同时发送数据，此时，在数据传输线上进行一位一位的比较如果1个控制单元发送了1个低电位而检测到1个高电位，那么该控制单元就停止发送而转为接收器第23页/共74页例如：例如：ABS/EDL控制单元发送了1个高电位MOTRONIC控制单元也发送了1个高电位自动变速器控制单元发送了1个低电位而检测到1个高电位，那么它将失去优先权而转为接收器位1第24页/共74页位位2ABS/EDL控制单元发送了1个高电位MOTRONIC控

9、制单元发送了1个低电位并检测到1个高电位，那么，它也失去优先权，而转为接收器位3ABS/EDL控制单元拥有最高优先权并接收分配的数据，该优先权保证其持续发送数据直至发送终了ABS/EDL控制单元结束发送数据后，其他控制单元再发送各自的数据第25页/共74页CAN数据总线的抗干扰数据总线的抗干扰车辆在工作过程中，电火花和电磁开关联合作用会产生电磁干扰；移动电话和发送站以及任何产生电磁波的物体会产生电磁干扰电磁干扰能够影响或破坏CAN的数据传送为防止数据传输受到干扰，2根数据传输线缠绕在一起，这样可以防止数据线所产生的辐射噪音。第26页/共74页2根数据线上的电压是相反的若一根数据线上的电压约为0

10、V；则另一根数据线上的电压就是约为5V第27页/共74页这样2根线的总电压值仍保持一个常值从而所产生的电磁场效应由于极性相反而相互抵消所以，数据传输线通过这中方法得到保护而免受外界辐射干扰同时，向外辐射时，实际上保持中性（即无辐射）第28页/共74页CAN-bus 传输介质单线（汽车）双绞线屏蔽双绞线同轴电缆单模光纤无线通信VCANHCANLR第29页/共74页物理介质必须支持物理介质必须支持“显性显性”和和“隐性隐性”状态，状态，“显显性性”状态支配状态支配“隐性隐性”状态，例如在总线仲裁时。状态，例如在总线仲裁时。双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并双线结构总线必须使用终端电阻抑制

11、信号反射，并且采用差分信号传输减弱电磁干扰（且采用差分信号传输减弱电磁干扰（EMIEMI）的影响。）的影响。使使用用光光学学介介质质时时，隐隐性性电电平平通通过过状状态态“暗暗”表表示示，显性电平通过状态显性电平通过状态“亮亮”表示；表示；同一段同一段CAN-busCAN-bus网络采用相同的传输介质。网络采用相同的传输介质。传输介质（Bus Medium）第30页/共74页双绞线特点 目前，采用双绞线的目前，采用双绞线的CANCAN总线分布式系统已总线分布式系统已得到广泛应用，如汽车电子、电梯控制、电力系统、得到广泛应用，如汽车电子、电梯控制、电力系统、远程传输等。远程传输等。技术上容易实现

12、、造价低廉；技术上容易实现、造价低廉；理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能力；力；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；双绞线有所谓的近端串扰；双绞线有所谓的近端串扰；适合适合CAN-busCAN-bus网络网络5Kbps5Kbps1Mbps1Mbps的传输速率。的传输速率。第31页/共74页CANCAN总线电平标称值总线电平标称值双绞线（ISO 11898-2）第32页/共74页双绞线（双绞线（ISO 11898-2ISO 11898-2）RNode 1Node 2RNode nCANHCA

13、NL3.5 V1.5 V2.5 VTermination第33页/共74页双绞线参数（双绞线参数（ISO 11898-2ISO 11898-2）高速差分总线高速差分总线双线平衡信号双线平衡信号有公共地有公共地信号线结构信号线结构较短的残余较短的残余双绞线或平行线双绞线或平行线非屏蔽或屏蔽非屏蔽或屏蔽线缆阻抗线缆阻抗 =120=120 最高速度达最高速度达 1 Mbps1 Mbps空闲置位3.5 V1.5 V2.5 V第34页/共74页双绞线参数（双绞线参数（ISO 11898-2ISO 11898-2）最长的总线长度可达最长的总线长度可达40m 1 Mbps40m 1 Mbps其它的情况无定义

14、其它的情况无定义线路延迟线路延迟 =5 ns/m(=5 ns/m(名义值名义值)规定了电气指标规定了电气指标而不是机械指标而不是机械指标可使用可使用galvanic(galvanic(光学光学)绝缘绝缘空闲置位3.5 V1.5 V2.5 V第35页/共74页ISO 11898 ISO 11898 电缆推荐参数电缆推荐参数 ：直流参数、特性阻抗：直流参数、特性阻抗电缆参数（ISO 11898-2）第36页/共74页电缆选择的要素线长:如果外部干扰比较弱，如果外部干扰比较弱，CAN-busCAN-bus中的短中的短线（长度线（长度0.3m0.3m）可以采用扁平电缆）可以采用扁平电缆 ；波特率：由于

15、取决于传输线的延时，由于取决于传输线的延时，CAN-CAN-busbus总线的通讯距离可能会随着波特率减小而总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加；增加；外界干扰：CANCAN总线可以采用带屏蔽层的双总线可以采用带屏蔽层的双绞线；绞线；特征阻抗：所采用的传输线的特征阻抗约为所采用的传输线的特征阻抗约为120120欧姆；欧姆；有效电阻：所使用的电缆的电阻必须足够的小所使用的电缆的电阻必须足够的小以避免线路压降过大。以避免线路压降过大。第37页/共74页电缆结构分析单屏蔽层的单屏蔽层的CANCAN电缆剖析与连接电缆剖析与连接第38页/共74页电缆适用类型推荐的电缆类型推荐的电缆类型第39页/共7

16、4页导线长度与波特率波特率与长度的关系波特率与长度的关系l l基本公式：基本公式：Max Bit Rate MbpsMax Bit Rate Mbps Max Bus Lengthm Max Bus Lengthm 60 60第40页/共74页双绞线的使用双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有2 2根线缆作为差分信号根线缆作为差分信号线（线（CANHCANH、CANL)CANL)传输；传输；使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要2 2根差分信号线（根差分信号线（C

17、ANHCANH、CANL)CANL)的连接以外，还要注意在同一网段中的屏蔽层的连接以外，还要注意在同一网段中的屏蔽层（SHIELDSHIELD）单点接地问题。）单点接地问题。第41页/共74页双绞线网络的注意事项以下列表说明了组建CANCAN网络时应该遵守的规则 第42页/共74页光纤的选择 石英光纤特点：石英光纤特点：衰减小，技术比较成熟；衰减小，技术比较成熟；纤带宽大，抗电磁干扰；纤带宽大，抗电磁干扰；易成缆特性；易成缆特性；芯径很细（小于芯径很细（小于1010 mm）；）；连接成本较高。连接成本较高。第43页/共74页光纤的选择 塑料光纤特点：塑料光纤特点：成本与电缆相当；芯径达（0.5

18、1mm)；连接易于对准；重量轻；损耗将低到20dB/km。第44页/共74页光纤应用场合 多模光纤一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；多模光纤一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点；单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点；塑料光纤在高速距离通信网络中得到广泛应用。塑料光纤在高速距离通信网络中得到广泛应用。第45页/共74页光纤网络构成方式光纤网络的构成方式有两种：一种是基于光纤定向耦合器的无延时环网；另一种是基于光电收发模块的中继型环网；第46页/共74页CAN-bus光纤传输 光纤光纤CANCAN网络的拓扑结构网络的拓扑结构总线形：总线形：

19、可有一根共享的光纤总线组成，可有一根共享的光纤总线组成，各节点另需总线耦合器和站点耦合器实现各节点另需总线耦合器和站点耦合器实现总线和节点的连接；总线和节点的连接；环形：环形：每个节点与紧邻的节点以点到点链每个节点与紧邻的节点以点到点链路相连，形成一个闭环；路相连，形成一个闭环；星形：星形：每个节点通过点到点链路与中心星每个节点通过点到点链路与中心星形耦合器相连；形耦合器相连；塑料光纤网络不宜采用总线拓扑结构第47页/共74页CAN-bus光纤传输与双绞线和同轴电缆相比与双绞线和同轴电缆相比 光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加；光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加；光缆还具有不辐射能量、

20、不导电、没有电感；光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感；光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响；光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响；不会有在线路不会有在线路“接头处接头处”感应耦合导致的安全问题；感应耦合导致的安全问题；强大的抗强大的抗EMIEMI能力。能力。目前存在的问题目前存在的问题 价格昂贵，设备投入成本较高；价格昂贵，设备投入成本较高；点对点的通讯方式。点对点的通讯方式。适用场合适用场合l 汽车电子汽车电子l 干扰严格场合干扰严格场合l 安全控制领域安全控制领域l 远距离通讯远距离通讯第48页/共74页舒适系统CAN数据纵线连接舒适系统中的各个控制单元：一个中央控制单元两个或

21、四个车门控制单元舒适系统舒适系统CANCAN数据总线数据总线第49页/共74页中央门锁控制功能电动窗控制功能照明开关控制功能电动调节和加热后视镜控制功能故障自诊断功能舒适系统舒适系统CANCAN数据总线传递数据的功数据总线传递数据的功能能第50页/共74页舒适系统舒适系统CANCAN数据总线的结构数据总线的结构控制单元的各条传输线以星状形式连接汇聚一点第51页/共74页若一个控制单元发生故障，其他控制单元仍可发送各自的数据通过车门联接所确定的线路较少如果出现对地短路、对正极短路或线路间短路，CAN系统会转为应急模式运行和转为单线模式运行由于故障自诊断完全由中央控制单元控制，所以只需要较少的自诊

22、断线由于舒适系统中的数据可以较低的速率传递，所以发送器只需较低的功率舒适系统舒适系统CANCAN数据总线的优点数据总线的优点第52页/共74页系统传输数据的速率为62.5kbit/s。这意味着它以0125 kbit/s的速率范围（低速状态）传输。一个数据报告传递大约需要1ms每个控制单元每20ms发送一次数据舒适系统舒适系统CANCAN数据总线的特点数据总线的特点第53页/共74页中央控制单元驾驶员侧车门前乘客侧车门左后车门右后车门舒适系统控制单元的优先权顺序舒适系统控制单元的优先权顺序第54页/共74页舒适舒适系统系统CAN数据数据总线总线控制控制单元单元电路电路图图驾驶员侧车门控制单元J3

23、86前乘客侧车门控制单元J387左后车门控制单元J388右后车门控制单元J389舒适系统中央控制单元J393第55页/共74页30号线保险丝-中央控制单元15号线保险丝-中央控制单元30号线保险丝-电动窗30号线保险丝-中央门锁高/低位CAN线接地线正极线输入信号输出信号第56页/共74页舒适系统舒适系统CANCAN数据总线故障自诊断数据总线故障自诊断诊断设备：目前国内通用型故障诊断仪器能进行CAN数据总线故障检测的为金德K80多功能诊断仪，今后将有很多诊断仪器能够进行CAN数据总线的检测诊断。第57页/共74页各种汽车的最新版本的专用故障诊断仪均能够进行该车种的CAN数据总线系统的故障检测诊

24、断。例如大众汽车可以用VAS5051进行CAN数据总线的故障检测诊断。VAS5051故障诊断仪第58页/共74页第59页/共74页下面以VAS5051为例说明大众车系舒适系统CAN数据总线的故障检测诊断方法步骤：说明：在故障诊断和故障检测过程中，通过CAN数据总线传递信息的所有控制单元均被认为是一个完整系统第60页/共74页舒适系统的地址码：46-舒适系统与CAN数据总线有关部门的功能：02功能：故障查询在故障记忆中，有2个CAN数据总线的特殊故障01328-舒适系统数据传递故障：如果两个或多个控制单元间数据传递出现故障，便存储该故障记忆。可能的故障原因有：控制单元故障；两条数据线断路；插头和

25、插座连接故障。第61页/共74页01329-01329-应急运转模式：应急运转模式：该故障记忆表明CAN数据总线系统已经进入应急运转模式。可能故障原因：某一根数据总线断路插头和插座连接故障第62页/共74页0808功能功能-阅读测量数据块阅读测量数据块012通道：中央控制单元显示与CAN数据总线相关的4组数据区域。第63页/共74页数据区域1：检测传递数据该区域显示数据传递正确与否（比如单根数据线故障）。数据区域2：前排装备情况该区域显示前排车门控制单元在传递数据过程中是否匹配第64页/共74页数据区域3：后排装备情况该区域显示后排车门控制单元在传递数据过程中是否匹配数据区域4：其他附件情况该

26、区域显示座椅与后视镜调整记忆系统是否合适；舒适系统与记忆系统是否交换数据第65页/共74页动力传动系统动力传动系统CANCAN数据总线数据总线动力传动系统CAN数据总线连接部件：Motronic控制单元ABS/EDL控制单元自动变速器控制单元第66页/共74页同时传递的数据（10组）：5组数据来自Motronic控制单元3组数据来自ABS/EDL控制单元2组数据来自自动变速器控制单元优先权顺序：ABS/EDL控制单元Motronic控制单元自动变速器控制单元第67页/共74页CANCAN数据总线其他特点：数据总线其他特点：数据总线以500kbit/s的速率传递数据（高速率），每一数据传递大约需

27、要0.25ms。在动力传动系统中，数据传递尽可能快速以便充分利用数据，因此需要一个高性能的发送器。每一控制单元（根据控制单元类型）每720ms发送1次数据第68页/共74页动力传动系统控制单元网络连动力传动系统控制单元网络连接接Motronic控制单元自动变速器控制单元ABS/EDL控制单元第69页/共74页CAN数据总线的连接节点通常在控制单元的外部（在线束中）与舒适系统相反，在动力传动系统中只显示部分，这样只显示控制单元的网络连接第70页/共74页在特殊情况下，CAN数据总线的连接节点可能会在发动机控制单元里线束的节点汇集在发动机控制单元中第71页/共74页动力传动系统动力传动系统CANCAN数据总线数据总线的故障自诊断功能的故障自诊断功能对于大众车系，用VAS5051可以对以下控制单元进行故障自诊断：01-发动机控制单元02-自动变速器控制单元03-ABS控制单元第72页/共74页如果控制单元间传递的数据被打乱控制单元内将存储一个故障记忆：1条或2条数据线断路2条数据线短路数据线对地或正极短路1个或多个控制单元有故障第73页/共74页感谢您的观看。第74页/共74页