3.3CAN数据总线的传输原理与过程 3.4汽车网络可用的传输介质复习提问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 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CAN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CAN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CAN收发器的功能是一个发送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 控制器数据传输终端的功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CAN数据总线的数据传递过程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CAN数据总线传递数据的构成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）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。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 送数据的最 后一次机会安全域： 检测传递数 据中的错误 。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。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个不同位状态位值为0的状态：CAN发送器关闭，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 系信息通过2个连续位进行传递例释随着位数的增加，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；0V105V200V；5V200V；0V；5V205V；0V300V；5V；0V305V；5V400V；5V；5V405V；0V；0V505V；0V；5V605V；5V；0V705V；5V；5V80CAN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1Brake1(制动1）001 1010 00002Engine1（发动机1 ）010 1000 00003Gearbox1（变速器 1）100 0100 00003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位 2ABS/EDL控制单元发送了1个高电位MOTRONIC控制单元发送了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CAN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。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0V；则 另一根数据线上的电压就是约为5V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）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物理介质必须支持“显性”和“隐性”状态，“显性”状 态支配“隐性”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 且采用差分信号传输减弱电磁干扰（EMI）的影响。使用光学介质时，隐性电平通过状态“暗”表示，显 性电平通过状态“亮”表示；同一段CAN-bus网络采用相同的传输介质。传输介质（Bus Medium）双绞线特点目前，采用双绞线的CAN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 、远程传输等。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 力；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；适合CAN-bus网络5Kbps1Mbps的传输速率。CAN总线电平标称值双绞线（ISO 11898-2）双绞线（ISO 11898-2）RNode 1Node 2RNode nCANHCANL3.5 V1.5 V2.5 VTermination双绞线参数（ISO 11898-2）高速差分总线l双线平衡信号l有公共地l信号线结构l较短的残余l双绞线或平行线l非屏蔽或屏蔽l线缆阻抗 = 120 l最高速度达 1 Mbps空闲置位3.5 V1.5 V2.5 V双绞线参数（ISO 11898-2）最长的总线长度可达40m 1 Mbpsl其它的情况无定义线路延迟 = 5 ns/m (名义 值)规定了电气指标l而不是机械指标可使用galvanic (光学) 绝缘空闲置位3.5 V1.5 V2.5 VISO 11898 电缆推荐参数 ：直流参数、特性阻抗电缆参数（ISO 11898-2）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中的短线中的短线 （长度（长度0.3m0.3m）可以采用扁平电缆可以采用扁平电缆 ； 波特率 ：由于取决于传输线的延时，由于取决于传输线的延时，CAN-busCAN-bus 总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加 ； 外界干扰：CANCAN总线可以采用带屏蔽层的双绞总线可以采用带屏蔽层的双绞 线；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。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电缆适用类型 推荐的电缆类型推荐的电缆类型导线长度与波特率 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 Max Bit Rate MbpsMbpsMax Bus Max Bus LengthmLengthm 60 60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根根 线缆作为差分信号线（线缆作为差分信号线（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根差分根差分 信号线（信号线（CANHCANH、CANL)CANL)的连接以外，还要注的连接以外，还要注 意在同一网段中的屏蔽层（意在同一网段中的屏蔽层（SHIELDSHIELD）单点接单点接地问题。地问题。双绞线网络的注意事项 以下列表说明了组建以下列表说明了组建CANCAN网络时应该遵守的规则网络时应该遵守的规则光纤的选择 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。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（0.51mm)；连接易于对准；重量轻；损耗将低到20dB/km。光纤应用场合 多模光纤一般用于建筑物内或地理位多模光纤一般用于建筑物内或地理位 置相邻的环境中；置相邻的环境中； 单模光纤是当前计算机网络中研究和单模光纤是当前计算机网络中研究和 应用的重点；应用的重点； 塑料光纤在高速距离通信网络中得到塑料光纤在高速距离通信网络中得到 广泛应用。广泛应用。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 ；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：可有一根共享的光纤总线组成，各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总线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；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路每个节点与紧邻的节点以点到点链路 相连，形成一个闭环；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形每个节点通过点到点链路与中心星形 耦合器相连；耦合器相连； 塑料光纤