《CAN总线培训讲义》课件.pptVIP

**********************CAN总线培训课程概述本次培训将全面介绍CAN总线的工作原理、系统结构和应用场景。从基础知识入手,深入探讨CAN总线在汽车、工业自动化等领域的广泛应用。学员将掌握CAN总线的设计实现和故障诊断技能,为后续的实践应用做好充分准备。CAN总线概述系统结构CAN总线是一种多主控单总线的通信协议,采用分布式控制的体系结构,不同节点之间相互连接形成总线网络。数据帧结构CAN总线消息由标识符、数据长度码、数据域和校验域等部分组成,采用统一的消息格式,最大数据长度为8个字节。工作原理CAN总线通过总线仲裁机制保证只有一个节点能占用总线,同时采用差分信号传输方式提高抗干扰能力。CAN总线的历史11986年Bosch公司提出了CAN总线概念21993年CAN协议标准ISO11898发布31995年CAN在汽车行业得到广泛应用CAN总线技术经过30多年的发展,已经成为工业控制和车载电子系统的主导技术标准。它以其卓越的实时性、高可靠性和低成本等特点,广泛应用于汽车电子、工业自动化、医疗设备、航空航天等诸多领域。CAN总线的特点通信效率高CAN总线采用多主控式通信机制,每个节点可以自主发送数据,提高了总线利用率和通信效率。实时性强CAN总线采用消息优先级仲裁机制,确保关键信息能及时传输,满足实时控制的需求。可靠性高CAN总线采用差分信号传输和强大的错误检测机制,在恶劣的工业环境中也能保证数据传输的可靠性。经济适用CAN总线采用双绞线结构,成本低廉,适用于各种需要控制的工业应用场景。CAN总线的基本工作原理1信息生成CAN节点根据自身状态生成数据帧2仲裁过程多个节点同时发送时通过仲裁机制决定传输权3数据传输获得传输权的节点发送数据帧至总线4接收处理其他节点接收并处理收到的数据帧CAN总线通信基于一个共享总线,多个节点根据自身状态生成数据帧并争夺总线使用权。通过仲裁机制确定传输权,获得权限的节点将数据帧发送至总线,其他节点接收并处理数据帧。整个过程实现了分布式的数据通信。CAN帧格式CAN总线使用标准的帧格式来传输数据。每个CAN帧包括帧头、仲裁位、控制域、数据域和帧尾等部分。帧头和帧尾用于帧的识别和界定,仲裁位决定帧的发送优先级,控制域和数据域用于传输控制信息和数据。CAN帧格式具有高度标准化,灵活性强,能够满足多种应用场景的特点,是CAN总线成功应用的关键所在。CAN仲裁机制公平的总线访问CAN总线采用基于优先级的无争用式总线访问机制,即在总线上仲竞争的多个节点中,具有最高优先级的节点可获得总线使用权。动态优先级调整每个CAN帧都包含一个优先级位段,优先级越低的帧越先被传输。优先级可随消息内容动态调整,确保关键信息优先传输。无死锁特性仲裁过程是分布式的,多个节点同时进行仲裁,没有中央控制。这种机制避免了总线访问的死锁问题。高实时性保证CAN的仲裁机制确保关键数据能够及时传输,满足实时性要求,适用于对响应速度有严格要求的场合。CAN报文传输过程发送节点CAN节点在发送报文之前，首先会检查总线是否空闲。仲裁与优先级如果总线空闲,节点开始发送报文。通过仲裁机制,报文优先级最高的节点获得总线控制权。传输与接收获得总线控制权的节点开始传输报文。其他节点接收报文并进行处理。CAN节点特点1独立性每个CAN节点都可独立发送和接收数据帧,无需主控设备。2自发性CAN节点可根据内部事件主动发送数据帧,无需网络管理器调度。3共享总线所有CAN节点共享同一总线,通过仲裁机制进行有序通信。4容错性当有节点发生故障时,不会影响其他正常工作的节点。CAN收发器CAN收发器是CAN网络中的关键硬件组件,负责符合CAN总线物理层标准的信号收发。它不仅将数字信号转换为CAN总线信号,还可以检测总线错误,并执行仲裁和过载控制等功能。常见的CAN收发器型号包括NXP的TJA1041、Microchip的MCP2551等。选择CAN收发器时需考虑工作环境、数传速率、可靠性等因素。CAN控制器CAN控制器是实现CAN总线通信的核心部件。它负责对CAN报文进行组装、发送和接收。控制器通过对CAN收发器的控制可以实现CAN通信的全部功能。常见的CAN控制器包括MicrochipMCP2515、TISN65HVD251等。CAN控制器可以设置CAN通信的各种参数,如波特率、滤波器等。同时还可以进行中断处理、错误检测和自动重发等功能。这些功能确保了CAN总线通信的高可靠性。CAN物理层电气规范CAN物理层定义了电气接口规范,包括电压电平、时序等