我要建网站需要什么,泰安有哪些大学,总算把网站设计好了,传媒公司网站十六、CAN 1.CAN简介
CAN协议#xff0c;全称为Controller Area Network#xff08;控制器局域网络#xff09;#xff0c;是一种广泛应用的串行通信协议#xff0c;最初由 德国BOSCH公司开发#xff0c;并已成为国际标准。 低速CAN#xff08;ISO11519#xff09;通…十六、CAN 1.CAN简介
CAN协议全称为Controller Area Network控制器局域网络是一种广泛应用的串行通信协议最初由 德国BOSCH公司开发并已成为国际标准。 低速CANISO11519通信速率 10~125Kbps总线长度可达 1000 米。 高速CANISO11898通信速率 125Kbps~1Mbps总线长度 ≤40 米。
定义CAN协议是一种基于差分信号的异步串行通信协议采用双绞线作为传输介质具有高性能、高 可靠性和独特的设计特点
特点
多主控制支持多主方式即任何一个节点都可以在总线上发送数据其他节点根据需要进行接 收。当两个以上的节点同时开始发送数据时会根据标识符ID决定优先级。 系统柔软性与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息因此在总线上增加单元时连接在总线 上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变。
仲裁检测
通信速度快、距离远数据传输速率较高标准速率为125kbps扩展速率可达1Mbps且通信 距离远最远可达10KM速率低于5Kbps。
错误检测与恢复具有错误检测、错误通知和错误恢复功能能够确保数据传输的可靠性。
故障封闭功能能够判断出错误的类型并将引起故障的单元从总线上隔离出去。 应用领域汽车 ECU之间通讯工业自动化航空航天 2. CAN物理层介绍
CAN网络通常由CAN控制器、CAN收发器和双绞线组成。
CAN控制器负责处理数据的收发和协议转换。 CAN收发器负责将控制器的数字信号转换为差分信号进行传输同时也负责将总线上的差分信号转换 为数字信号供控制器处理。 终端电阻: 在高速CAN总线的两端分别连接一个电阻称为终端电阻。终端电阻的主要作用是匹配总线阻抗提高 信号质量减少回波反射。一般来说终端电阻的阻值为120Ω。
2.1 总线拓扑图 2.2 电平标准 CAN使用差分信号进行数据传输根据CAN_H和CAN_L上的电位差来判断总线电平。 显性电平表示逻辑 0 通常 CAN_H 和 CAN_L 有 2V 的压差
隐性电平表示逻辑 1 通常 CAN_H 和 CAN_L 有 0V 的压差。
显性电平在通信中具有优先权能够覆盖隐性电平确保数据的正确传输。 隐性电平则作为总线的空闲或监听状态存在等待有节点发送数据。 正常情况下是隐性电平---显隐压差不同
2.3 CAN控制器与收发器 不用交叉接线
3、CAN协议层介绍 3.1 CAN帧种类介绍
1. 数据帧Data Frame数据帧是CAN总线上用于传输用户数据的帧包括必要的帧头、标识符、控 制位、数据长度代码、数据域、CRC校验码和应答域等部分是CAN通信中最基本和最重要的帧类型。 2. 遥控帧Remote Frame遥控帧用于向总线上的其他节点请求发送具有相同标识符的数据帧它 没有数据域仅通过标识符来指定所需的数据。遥控帧的帧结构与数据帧相似但缺少数据部分。
裁判
3. 错误帧Error Frame当CAN总线上的任何节点检测到通信错误时会发送错误帧来通知其他节 点。错误帧包含错误标志和错误界定符用于指示错误的存在和类型。 4. 过载帧Overload Frame过载帧用于在连续的数据帧或远程帧之间提供额外的延时以指示接收 节点尚未准备好接收下一个帧。当接收节点因内部条件限制而无法立即接收数据时会发送过载帧来请 求发送节点暂停发送。
5. 帧间隔Interframe Space帧间隔用于隔离数据帧与前面的帧确保它们之间的时间间隔足够 长以避免总线上的冲突和数据丢失。帧间隔包括连续三个隐性位间隔段和可能存在的空闲段用于将数据帧或远程帧与前面的帧分隔开来。 3.2 CAN数据帧介绍
数据帧由7段组成。数据帧又分为标准帧(CAN2.0A)和扩展帧(CAN2.0B)主要体现在仲裁段和控制段。
帧起始Frame Start 功能表示数据帧的开始。 特点由一个显性位Dominant Bit构成此时CAN_H为高电平如3.5VCAN_L为低电平 如1.5V二者之间的电位差形成信号。 2. 仲裁段Arbitration Field 功能确定发送优先级并包含标识符Identifier用于唯一标识发送者和接收者之间的通信关 系。 组成 标准数据帧的仲裁场由11位ID和1位RTR位远程发送请求位组成。RTR位用于区分数据帧 显性电平和遥控帧隐性电平。 扩展数据帧中还包含SRR位Substituted Remote Request替代的远程请求和IDE位 Identifier Extension标识符扩展。SRR位用于指示发送方是否发送了远程请求帧IDE 位用于指示标识符字段是否使用了扩展格式29位。 3. 控制段Control Field 功能包含数据长度代码DLC用于定义数据帧中数据域的长度。 特点DLC占4位其取值范围为0到8个字节表示数据帧中包含的数据字节数。 4. 数据段Data Field 功能包含要传输的数据是数据帧的主体部分。 特点数据域的长度可以根据DLC字段的值从0到8个字节不等数据从最高位MSB开始传 输。 5. CRC段CRC Field 功能用于检测数据帧的传输错误。 特点CRC循环冗余校验是一种通过对数据进行计算生成的校验码发送方在发送数据帧时会 根据数据计算出CRC值并将其添加到数据帧的CRC段中。接收方在接收到数据帧后会重新计算 CRC值并与接收到的CRC值进行比较以确认数据在传输过程中是否发生错误。 6. 应答段ACK Field 功能用来确认数据帧的正常接收。 组成由ACK槽ACK Slot和ACK界定符两个位构成。当接收节点成功解析了数据帧并确认无误 后会在ACK槽中发送一个显性位作为应答信号。 7. 帧结束Frame End 功能表示数据帧的结束。 特点由7个连续的隐性位构成标志着数据帧的传输完成。 3.3 CAN位时序 CAN总线以“位同步”机制实现对电平的正确采样。位数据都由四段组成同步段(SS)、传播时间段(PTS)、 相位缓冲段1(PBS1)和相位缓冲段2(PBS2)每段又由多个位时序Tq组成。 所谓采样点是读取总线电平并将读到的电平作为位值的点。位置在 PBS1 结束处。 CAN总线通过时钟同步机制来确保各个节点在通信过程中保持同步。时钟同步机制包括硬同步和再同步两 种
1.硬同步
硬同步只在帧的起始位SOF处进行。
当接收节点检测到帧起始位的下降沿时会将其与自身的位时间进行对齐从而实现同步。 2.再同步
再同步在帧的后续数据位中进行。
如果接收节点检测到数据位的跳变沿不在自身的同步段内则会通过延长或缩短相位缓冲段的时 间来调整自身的位时间以重新获得同步。
再同步时PBS1和PBS2中增加或者减少的时间被称为“再同步补偿宽度SJW”其范围1~4 Tq。 3.4 CAN仲裁机制
CAN总线处于空闲状态最先开始发送消息的单元获得发送权。
多个单元同时开始发送时从仲裁段(报文ID)的第一位开始进行仲裁。仲裁原理如下
1.标识符优先级
CAN总线中传输的数据帧的起始部分为数据的标识符ID。这个标识符不仅用于区分消息还 表示消息的优先级。在CAN 2.0标准中标识符可以是11位或29位对于扩展帧。标识符的数 值越小优先级越高。 例如在11位标识符的情况下ID为0x000的消息具有最高优先级而ID为0x7FF的消息具有最低 优先级。 2.逐位仲裁
当两个或两个以上的节点同时开始传送报文时就会产生总线访问冲突。此时各节点会按照标 识符的位顺序逐位进行仲裁。
在仲裁过程中每个节点都会将自己发送的电平与总线上的电平进行比较。如果电平相同则节 点继续发送下一位如果电平不同则优先级低的节点停止发送而优先级高的节点继续发送。 这种仲裁方式是非破坏性的即优先级低的节点在仲裁过程中不会破坏总线上已经存在的数据。 3.显性电平优先
在CAN总线上显性电平逻辑0的优先级高于隐性电平逻辑1。因此在仲裁过程中如 果某个节点发送的是隐性电平但检测到总线上存在显性电平那么该节点就会知道有更高优先 级的消息正在发送并主动停止发送。 一旦仲裁结束优先级最高的节点将获得总线控制权并开始传输数据。其他节点则成为接收节点并监听总线 上的数据并会自动检测总线空闲在第一时间再次尝试发送。 4.STM32 CAN控制器介绍 4.1CAN控制器介绍
STM32的bxCAN即基本扩展CANBasic Extend CAN是STM32微控制器系列中集成的CAN控制器模 块。
1. 协议支持支持CAN协议2.0A和2.0B的主动模式。
2. 高波特率波特率最高可达1兆位/秒。
3. 时间触发通信支持时间触发通信功能CAN的硬件内部定时器可以在TX/RX的帧起始位的采样点位置 生成时间戳。
4. 发送功能
具有3个发送邮箱发送报文的优先级特性可软件配置。
记录发送SOFStart Of Frame帧起始时刻的时间。
接收功能 具有3级深度的2个FIFOFirst In First Out先进先出队列每个FIFO都可以存放3个完整的报 文完全由硬件管理。
共有14个位宽可变的过滤器组部分STM32型号可能支持更多由整个CAN共享用于筛选有 效报文。
记录接收SOF时刻的时间。
支持禁止自动重传模式。
4.2CAN控制器模式
CAN控制器的工作模式有三种初始化模式、正常模式和睡眠模式。
睡眠模式在睡眠模式下CAN控制器的时钟停止以降低功耗。但软件仍然可以访问邮箱寄存器。
初始化模式在初始化模式下禁止报文的接收和发送并且CANTX引脚输出隐性位高电平。此时可 以对CAN控制器的相关寄存器进行配置如位时间特性CAN_BTR和控制CAN_MCR等。
正常模式作为总线的正常节点可以向总线发送或接收数据。 CAN控制器的测试模式有三种静默模式、环回模式和环回静默模式主要用于特定的测试或调试目的以 确保CAN控制器的功能正常。 静默模式
特点 在静默模式下CAN控制器可以正常地接收数据帧和远程帧但只能发出隐性位而不能真正发送报 文。
这意味着虽然CAN控制器在尝试发送数据但实际上它并没有在CAN总线上产生任何显性位因此不 会对总线上的其他节点产生影响。
应用场景 静默模式通常用于分析CAN总线的活动而不会对总线上的其他通信造成干扰。
开发人员可以使用此模式来观察总线上的数据流而无需担心他们的测试设备会发送出不必要的报文。 环回模式
特点
在环回模式下CAN控制器会把发送的报文当作接收的报文并保存如果可以通过接收过滤。
这意味着当CAN控制器发送一个报文时它会立即在自己的接收缓冲区中看到这个报文就像它是从 总线上接收到的一样。
应用场景
环回模式通常用于自测试以验证CAN控制器的发送和接收功能是否正常。
通过发送一个报文并检查它是否被正确接收开发人员可以确保CAN控制器的硬件
和固件都按预期工 作。 环回静默模式
特点
环回静默模式结合了静默模式和环回模式的特点。
在该模式下CANRX引脚与CAN总线断开同时CANTX引脚被驱动到隐性位状态。
这意味着虽然CAN控制器在尝试发送报文但它实际上并没有在CAN总线上产生任何显性位并且它 会将发送的报文视为接收到的报文。
应用场景
环回静默模式通常用于“热自测试”即可以在不影响CANTX和CANRX所连接的整个CAN系统的情况下进 行测试。
这种模式允许开发人员在不干扰总线上的其他通信的情况下验证CAN控制器的发送和接收功能。 4.2 CAN控制器框图
CAN控制内核包含各种控制/状态/配置寄存器用于配置CAN控制器的模式、波特率等参数。 发送邮箱Transmit Mailbox用来缓存待发送的CAN报文。STM32等微控制器通常具有多个发送
发送邮箱Transmit Mailbox用来缓存待发送的CAN报文。STM32等微控制器通常具有多个发送邮箱 如3个以支持同时缓存多个报文。
接收FIFOFirst In First Out缓存接收到的有效CAN报文。CAN控制器通常具有多个接收FIFO如2 个以提高接收效率。
接收过滤器Receive Filter筛选接收到的CAN报文只将符合特定条件的报文保存到接收FIFO中。这 有助于减少CPU的处理负担提高系统的响应速度。 接收处理过程 有效报文指的是数据帧直到EOF段的最后一位都没有错误且通过过滤器组对
标识符过滤。
接收过滤器
当总线上报文数据量很大时总线上的设备会频繁获取报文占用CPU。过滤器的存在选择性接收有效报 文减轻系统负担。
STM32的CAN控制器支持配置过滤器组 每个过滤器组包含2个32位的寄存器CAN_FxR1和CAN_FxR2 用于 存储要筛选的ID或掩码。 对于STM32F103C8T6 如果只有一个CAN控制器 则可以配置14个过滤器组 对 应的编号为0到13。
过滤器可以配置为不同的位宽以适应不同长度的CAN ID。常见的位宽包括16位用于标准帧和32位 用于扩展帧。
选择模式可设置屏蔽位模式或标识符列表模式寄存器内容的功能就有所区别。屏蔽位模式可以选择出一 组符合条件的报文。寄存器内容功能相当于是否符合条件。标识符列表模式可以选择出几个特定ID的报 文。寄存器内容功能就是标识符本
身。 4.3 CAN控制器位时序 设TS18、TS27、BRP3波特率 36000 / [( 9 8 1 ) * 4] 500Kbps。 注意通信双方波特率需要一致才能通信成功。
CAN寄存器及库函数介绍
22.9.2 CAN控制和状态寄存器
CAN发送状态寄存器 (CAN_TSR)
CAN位时序寄存器 (CAN_BTR)
发送邮箱标识符寄存器 (CAN_TIxR) (x0..2) 发送邮箱数据长度和时间戳寄存器 (CAN_TDTxR) (x0..2)
位3:0 DLC[15:0]: 发送数据长度 (Data length code) 该域指定了数据报文的数据长度或者远程帧请求的数据长度。1个报文包含0到8个字节数据 而这由DLC决定。
发送邮箱低字节数据寄存器 (CAN_TDLxR) (x0..2)64位8字节 保存低字节
发送邮箱高字节数据寄存器 (CAN_TDHxR) (x0..2)
22.9.4 CAN过滤器寄存器
CAN 过滤器模式寄存器 (CAN_FM1R)
CAN 过滤器位宽寄存器 (CAN_FS1R)
CAN 过滤器FIFO关联寄存器 (CAN_FFA1R)
CAN 过滤器组i的寄存器x (CAN_FiRx)
(互联产品中i0..27其它产品中i0..13 x1..2) 根据过滤器位宽和模式的不同设置过滤器组中的两个寄存器的功能也不尽相同。关于过滤器 的映射功能描述和屏蔽寄存器的关联请参见22.7.4节标识符过滤。
函数 HAL_CAN_Init HAL_CAN_ConfigFilter HAL_CAN_Start 收发数据 HAL_CAN_AddTxMessage HAL_CAN_GetRxMessage HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel 等待发送完成 HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel 等待接收完成 TimeSeg1 流程图 小实验CAN收发实验
实验目的
1. 使用回环模式实现自发自收 2两个CAN设备实现收发。 硬件清单 TJA1050
为什么只能
为什么只能发数据却收不到数据 用NORMAL的时候就发给另一台设备
/------------------------------------can.c-----------------------------------/
初始化
void can_init(void)
{can_handle.Instance CAN1;//外设基地址//波特率位时序can_handle.Init.Mode CAN_MODE_LOOPBACK;//回环模式自己发自己收用作测试//波特率can_handle.Init.Prescaler 4; //波特率预分频can_handle.Init.TimeSeg1 CAN_BS1_9TQ;//tq取8但是这里取9个TQ为什么can_handle.Init.TimeSeg2 CAN_BS1_8TQ;//tq取8但是这里取9个TQcan_handle.Init.SyncJumpWidth CAN_SJW_1TQ;//1~4个Tqcan_handle.Init.AutoBusOff DISABLE; //禁止自动离线管理can_handle.Init.AutoRetransmission DISABLE; //禁止自动重发can_handle.Init.AutoWakeUp DISABLE; //禁止自动唤醒can_handle.Init.ReceiveFifoLocked DISABLE; //禁止接收FIFO锁定can_handle.Init.TimeTriggeredMode DISABLE; //禁止时间触发通信模式can_handle.Init.TransmitFifoPriority DISABLE; //禁止发送FIFO优先级HAL_CAN_Init(can_handle);//过滤器配置CAN_FilterTypeDef can_filterconfig {0};//结构体can_filterconfig.FilterMode CAN_FILTERMODE_IDMASK; //工作模式按摩 掩码。和列表模式can_filterconfig.FilterScale CAN_FILTERSCALE_32BIT;//拓展帧32位can_filterconfig.FilterIdHigh 0;//不过滤任何东西什么东西来都接收can_filterconfig.FilterIdLow 0;can_filterconfig.FilterMaskIdHigh 0;can_filterconfig.FilterMaskIdLow 0;can_filterconfig.FilterBank 0;//使用0号寄存器can_filterconfig.FilterFIFOAssignment CAN_FilterFIFO0;//进到FIFO 0中can_filterconfig.FilterActivation CAN_FILTER_ENABLE;//使能过滤器can_filterconfig.SlaveStartFilterBank 14;//---HAL_CAN_ConfigFilter(can_handle,can_filterconfig);HAL_CAN_Start(can_handle);
}底层配置
void HAL_CAN_MspInit(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{__HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;gpio_initstruct.Pin GPIO_PIN_12; gpio_initstruct.Mode GPIO_MODE_AF_PP; gpio_initstruct.Pull GPIO_PULLUP; gpio_initstruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, gpio_initstruct);gpio_initstruct.Pin GPIO_PIN_11; gpio_initstruct.Mode GPIO_MODE_AF_INPUT; HAL_GPIO_Init(GPIOA, gpio_initstruct);
}
can发送数据
void can_send_data(uint32_t id,uint8_t *buf,uint8_t len)
{CAN_TxHeaderTypeDef tx_header {0};uint32_t tx_mail CAN_TX_MAILBOX0;//邮箱0tx_header.ExtId id;tx_header.DLC len;tx_header.IDE CAN_ID_EXT;//标准针还是拓展帧tx_header.RTR CAN_RTR_DATA;//数据帧HAL_CAN_AddTxMessage(can_handle,tx_header,buf,tx_mail);//句柄 结构体 指定邮箱//等待三个邮箱都空while(HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(can_handle) ! 3);uint8_t i 0;printf(发送数据 \r\n);//将buf中的数字打印出来for(i 0;i len;i)printf(%X ,buf[i]);printf(\r\n);
}
接收数据
uint8_t can_receive_data(uint8_t *buf)
{CAN_RxHeaderTypeDef rx_header {0};if(HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(can_handle,CAN_RX_FIFO0) 0)return 0;//没有接收到数据//句柄 FIFO0机构体缓冲区HAL_CAN_GetRxMessage(can_handle,CAN_RX_FIFO0,rx_header,buf);uint32_t i 0;printf(接收数据 \r\n);for(i 0;i rx_header.DLC;i)printf(%X , buf[i]);printf(\r\n);return rx_header.DLC;}
/------------------------------------------main.c---------------------------/
#include sys.h
#include delay.h
#include led.h
#include uart1.h
#include key.h
#include can.h
#include stdio.huint8_t data_send[8] {0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88};
uint8_t data_receive[8];int main(void)
{HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */led_init(); /* LED初始化 */uart1_init(115200);can_init();key_init();
// led1_on();
// led1_off();printf(hello world!\r\n);uint8_t i 0;while(1){ //按下KEY1发送数据if(key_scan() 1){for(i0;i8;i)data_send[i];can_send_data(0x12345678,data_send,8);}can_receive_data(data_receive);}
}
实验现象
