车辆工程毕业设计论文-基于can总线的汽车仪表设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-基于can总线的汽车仪表设计(编辑修改稿)内容摘要：

82526。 不久，Philips 半导体也推出了 82C200。 这两种 CAN 控制器在报文过滤和控制上有许多的不同。 Philips 半导体的方式叫 BasicCAN； Intel 的方式叫 FullCAN，由此后的不断发展，从而形成了 FullCAN 和 BasicCAN 两大阵营。 在 20 世纪 90 年代初， Bosch CAN 规范（ CAN ）被提交给了国际标准化组织。 经过讨论，应一些法国主要汽车商的要求，包含了吸收一些 VAN 网（ Vehicle Area Network）的内容。 并于 1993 年 11 月出版了正式的 CAN 国际标准 ISO11898[6]。 从此CAN 协议被广泛的用于各类自动化控制领域。 在 1992 年，奔驰公司首先在他们的高级轿车上使用了 CAN 技术。 这是 CAN 技术在车载网络系统中的首次实际使用。 CAN 网络是现场总线技术的一种，它是一种架构开放、广播式的新一代网络通信协议，称为控制器局域网现场总线 ,是国际上应用最广泛的现场总线之一。 随着汽车 电子技术的不断发展，汽车上各种电子控制单元的数目不断增加，连接导线显着增加， 6 因而提高控制单元间通讯可靠性和降低导线成本已成为迫切需要解决的问题。 CAN 推出之初是用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。 例如汽车刹车、防抱死系统、安全气囊等。 机动车辆总线和对现场总线的需求有许多相似之处，即能够以较低的成本、较高的实时处理能力在强电磁干扰环境下可靠地工作。 CAN 总线可广泛应用于离散控制领域中的过程监测和控制，特别是工业自动化的底层监控，以解决控制与测试之间的可靠和实时数据交换。 CAN 总线能有效支持分布式控制或实 时控制的串行通信网络，具有抗干扰性强和使用可靠等优点，现在广泛应用于汽车工业、航空工业和工业控制等自动化领域，如分布式环境监测系统、温室环境监控系统、变电站变监测系统等， CAN 总线可在同一网络上连接多种不同功能的传感器（如位置，温度或压力等）。 总线上的每个 CAN 组件都分配有一个软件赋值的 ID。 总线在逻辑上等效于线与功能，可以被任意一个试图发送数据的组件拉低。 发送时脉是由发送组件产生的，因此所有接收组件必须重建时脉和数据位。 组件之间传送的数据遵循标准的 CAN 通讯格式，其中包括目的组件 ID、控制和数据信息负荷 以及 CRC。 最终指定的接收器将把总线拉低以确认收到一个完整的、 CRC 正确的讯框，然后释放总线使之回到空闲状态。 每个试图发送的组件在发送之前首先要检查总线是否处于空闲状态。 如果出现多个组件试图同时发送的情况，并且总线上数据出错时它们必须相互侦听，先后退一段时间然后再尝试发送。 CAN 总线是一种串行多主站控制器局域网总线，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串性通讯网络。 CAN 总线的通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光导纤维，通信速率可达 1Mbps/40m，通信距离可达 10Km/40Kbps。 由于其通信速率高，可 靠性好以及价格低廉等特点，使其特别适合中小规模的工业过程监控设备的互连和交通运载工具电气系统中。 现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统，电控传动系统，防抱死制动系统 (ABS)，防滑控制系统 (ASR)，废气再循环系统，巡航系统和空调系统，车身电子控制系统 (包括照明指示和车窗，刮雨器等 )。 CAN 总线基本特点 CAN 总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了 CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对数据的成帧处理，用户可在其基础上开发适应系统实际需要的应用层通信协议 [7]。 CAN 协议的一个 最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块编码，采用这种方法可使网络内节点个数在理论上不受限制，还可使不同的节点同时收到相同的数据。 CAN 采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据， 7 有效避免了总线冲突 ,节省了总线冲突仲裁时间； CAN 采用短帧结构，数据段长度最多为 8 个字节 ,每一帧的有效字节数为 8 个（ CAN 技术规范 ），数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短， 8 个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。 CAN 的每帧数据都有 CRC 效验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境中使用； CAN 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其它操作不受影响； CAN 是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行。 通信网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向总线上其它节点发送信息 ,可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据； CAN 总线提供高速数据传送，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，在短距离 (40m)条件下具有 高速 (1Mbit/s)数据传输能力，而在最大距离 10000m 时具有低速 (5kbits/s)传输能力，采用不归零码（ NRZNonReturntoZero）编码／解码方式，并采用位填充（插入）技术。 CAN 总线介质通讯访问方式 CAN 采用了的 3 层模型：物理层、数据链路层和应用层。 CAN 支持的拓扑结构为总线型。 传输介质为双绞线、同轴电缆和光纤等。 采用双绞线通信时，速率为1Mbps/40m,50Kbps/10Km,结点数可达 110 个。 CAN 的通信介质访问为带有优先级的CSMA/CA。 采用多主竞 争方式结构，网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从，即当发现总线空闲时，各个节点都有权使用网络。 在发生冲突时，采用非破坏性总线优先仲裁技术，当几个节点同时向网络发送消息时，运用逐位仲裁原则，借助帧中开始部分的表示符，优先级低的节点主动停止发送数据，而优先级高的节点可不受影响的继续发送信息，从而有效地避免了总线冲突，使信息和时间均无损失。 例如，规定 0 的优先级高，在节点发送信息时， CAN 总线作与运算。 每个节点都是边发送信息边检测网络状态，当某一个节点发送 1 而检测到 0时，此节点知 道有更高优先级的信息在发送，它就停止发送信息，直到再一次检测到网络空闲。 CAN 的传输信号采用短帧结构（有效数据最多为 8 个字节）和带优先级的CSMA/CA 通信介质访问控制方式，对高优先级的通信请求来说，在 1Mbps 通信速率时，最长的等待时间为 ，完全可以满足现场控制的实时性要求。 CAN 突出的差错检验机理，如 5 种错误检测、出错标定和故障界定； CAN 传输信号为短帧结构，因而传输时间短，受干扰概率低，这些保证了出错率极低。 另外， CAN 节点在严重错误的情况下，具有自动关闭输出的功能，以使总线上其它节点的 操作不受其影响。 8 CAN 的通信协议主要有 CAN 总线控制器完成。 CAN 控制器主要由实现 CAN 总线协议部分和微控制器接口部分电路组成。 通过简单的连接即可完成 CAN 协议的物理层和数据链路层的所有功能，应用层功能由微控制器完成。 CAN 总线上的节点即可以是基于微控制器的智能节点，也可以是具有 CAN 接口的 I/O 器件 [8]。 CAN 总线物理层设计 CAN 总线协议对物理层没有严格定义，给使用者较大的灵活性，同时也给设计者带来了困难。 CAN 总线物理层的设计原则是：针对 CTXO 的输出状态显性、隐性，总线应具有两种 不同电平，接收端呈现（显性和隐性）两种状态。 不要求总线必须是数字逻辑电平，只要是能够呈现两种电平（显性和隐性）的模拟量，满足上述设计原则就可以。 CAN 控制器芯片的片内输出驱动器和输入比较器可编程，它可方便地提供多种发送类型，诸如：单线总线、双线总线（差分）和光缆总线。 它可以直接驱动总线，若网络的规模比较大，节点数比较多，需要外加总线驱动元件，以增大输出电流。 用 CAN收发器作为 CAN 控制器和物理总线之间的接口，提供向总线的差动发送能力和对CAN 控制器的差动接收能力。 一般在驱动芯片和 CAN 控制器之间加入光电耦 合器 ,增加抗干扰能力。 CAN 总线的速度将由光电耦合器的速度决定。 比如：用 4N27 光耦，因为它的响应速度比较慢， CAN 网络的位速度只能达到几十 Kbit/S。 如果采用 6N137高速光电耦合器， CAN 网络速度可以达到和电阻网络驱动时的速度一样。 CAN 应用软件设计原则 CAN 控制器其内部硬件实现 CAN 总线物理层和数据链路层的所有协议内容，有关 CAN 总线的通信功能均由 CAN 控制器自动管理执行。 CAN 控制器对于 CPU 来说，是以确保双方独立工作的存储影像外围设备出现的。 CAN 控制器的地址域由控制段和报文缓存 器组成，在初始化向下加载期间，控制段可被编程以配置通信参数。 CAN 总线上的通信也通过此段由 CPU 控制，被发送的报文必须写入发送缓存器，成功接收后，CPU 可以从接收缓存器读取报文，然后释放它，以备下次使用。 对于在片的 CAN 控制器，它与 CPU 之间的接口一般借助于 4 个特殊寄存器： CAN 地址寄存器、数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器。 对于单独的 CAN 控制器， MCU 可以通过其地址总线对其寄存器直接寻址，就像 MCU 对一般外部 RAM 寻址一样。 通过对这些寄存器编程操作，可很方便控制 CAN 控制器完成通讯功能。 汽车其他 总线 LIN 总线简介 LIN 总线是用于车体控制应用的新兴标准，用于汽车中分布电子系统的新型低成 9 本串行通讯系统，它是现有汽车多重传输网络的补充。 LIN 瞄准一些低端应用，在这些应用中每个节点的通讯成本都必须大大低于 CAN 而且不需要 CAN 的高性能、高带宽和多功能。 LIN 相对于 CAN 的成本节省主要是由于采用单线传输、硅片中硬件或软件的低实现成本和无需在从属节点中使用石英或陶瓷谐振器。 LIN 总线是一种串行通信网络，可以将开关、显示器、传感器和执行器等简单控制设备连接起来，主要用于汽车中的分布式电子控制系统。 LIN 采用单主机 /多从机的总线拓扑结构（没有总线仲裁），仅使用一根 12V 信号总线。 主节点包含主任务和从任务，从节点只包含从任务。 它不需要专门的片上通讯模块，采用标准串行通信接口 USART，速率可达 20kbps，总线长度不大于 40m。 LIN 总线作为一种辅助的总线网络，在不需要 CAN 总线的优越性能的场合，相比于 CAN 总线具有更高的性价比 LIN 瞄准一些低端应用，在这些应用中每个节点的通讯成本都必须大大低于 CAN 而且不需要 CAN 的高性能、高带宽和多功能。 LIN 是关于汽车本地互连网络的一个总体通讯概念。 该 规范包含协议的定义、物理层以及用于开发工具和应用软件的接口定义。 对于不需要控制器局域网络的高带宽和多种功能的应用， LIN 实现了一种具有成本效益的智能传感器和执行器的通讯方式。 这种通讯是基于串行通讯接口 (SCI)、数据格式、单宿主 /多从概念、单线 12V 总线和没有稳定时间基的节点的时钟同步。 低端多路通讯的汽车标准不久前才出现。 LIN 协会开发了一个串行低成本通讯概念和开发环境的标准，采用这个标准，汽车制造商及其供应商能以非常经济的方式创建、实现和处理复杂的分层化多路复用系统。 LIN 规范包含传输协议、传输介质以及 用于开发工具和应用软件的接口。 LIN 在硬件和软件方面支持网络节点的互操作性并具有可预测的电磁兼容 (EMC)行为。 这个概念可以实现无缝的开发和设计工具链并提高了开发速度和网络的可靠性。 LIN 瞄准一些低端应用，在这些应用中每个节点的通讯成本都必须大大低于 CAN 而且不需要CAN 的高性能、高带宽和多功能。 LIN 相对于 CAN 的成本节省主要是由于采用单线传输、硅片中硬件或软件的低实现成本和无需在从属节点中使用石英或陶瓷谐振器。 这些优点是以较低的带宽和受局限的单宿主总线访问方法为代价的。 FLEXRAY 总线简 介 FlexRay 标准在车内通信网络中具有较大优势和广泛的潜在应用机会。 在 FlexRay协议制定 5 年后，该协议规范的第二版 ()在 20xx 年春季发布。 由于新技术能实现经济高效的新应用，整个行业对这个标准产生了浓厚的兴趣， FlexRay 提供了传统车内通信协议所不具备的大量特性，包括： 2 10Mbps 的数据速率， FlexRay 支持两个通信信道，每个信道的速度达到 10Mbps。 与 CAN 协议相比，将可用带宽提高 1040 10 倍，具体大小取决于配置和对比模式的不同。 FlexRay 中使用的访问方法是基于同步时基的。 该 时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用。 时基的精确度介于 和 10us 之间 (通常为 12us)。 知道消息的到达时间，通信是在不断循环的周期中进行的，特定消息在通信周期中拥有固定位置，因此接收器已经提前知道了消息到达的时间。 到达时间的临时偏差幅度会非常小，并能得到保证。 冗余和非冗余通信为了增强系统的可用性， FlexRay 提供了冗余传输消息的选项。 消息能够冗余传输，但并不是所有消息都必须冗余传输，否则会导致带宽的过多损耗。 在 FlexRay 协议的开发过程中，关注的主要问题是灵活性。 不仅提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统还可以进行优化，以提高可用性 (静态带宽分配 )或吞吐量 (动态带宽分配 )。 用户还可以扩展系统，而无需调整现有节点中的软件。 同时，还支持总线或星型拓扑。 F。