图6.15CAN 数据帧结构①开始域：标志数据开始。CAN 总线采取的措施是：每个控制单元在发送信号时，通过数据帧前列的状态域来识别数据优先权，具有最高优先权的数据，首先发送。图6.16边沿对齐2）同步解决方案二：数据的位填充为了保证发送和接收能够同步，CAN-BUS 规定了位填充规则。图6.18CAN-BUS 出错帧4）CAN 内部故障管理CAN 控制器内部有错误计数器。......
2023-08-23
CAN数据传输在汽车发动机电控原理与维修中的应用
【摘要】：CAN-BUS 采用非破坏性的仲裁机制，当出现两个节点同时向总线发送数据时，优先级低的节点会主动退出发送转为接收，优先级高的节点会继续发送数据不受影响，有效地避免了总线冲突，提高信息传输效率。图6.6CAN 数据传递过程①提供数据：控制单元向CAN 控制器提供需要发送的数据。图6.11CAN-BUS 信号电压变化图6.12CAN 接收器结构简图图6.13差动信号放大器内的信号处理由于数据总线要布置在发动机舱内，因此数据总线会受到各种干扰。
（1）CAN 的特点
CAN-BUS 协议最大的特点是废除了传统的站地址编码，代之以对数据通信数据块进行编码，可以多主方式工作，总线上的每一个节点均可以在网络空闲的任意时刻，主动向网络上的其他节点发送信息，所有节点不分主次，通信方式灵活。
CAN-BUS 网络上的各个节点信息分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求，高优先级的信息优先传递。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，有效避免了总线冲突。
CAN-BUS 采用非破坏性的仲裁机制，当出现两个节点同时向总线发送数据时，优先级低的节点会主动退出发送转为接收，优先级高的节点会继续发送数据不受影响，有效地避免了总线冲突，提高信息传输效率。例如，安全方面的信息比舒适方面的信息优先。
CAN-BUS 信息传输采用广播模式，如图6.5 所示，即一个节点发送，所有连接在总线上的节点都可接收。当某一个CAN-BUS 节点出现严重错误时，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响。
CAN 采用NRZ（非归零制编码方式）编码，直接通信距离最远可达10 km（通信位速率为5 Kbit/s），通信位速率最高可达1 Mbit/s（此时通信距离最长为40 m）。
图6.5 广播模式
CAN 采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8 个（CAN 技术规范为2.0 A），数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。
CAN 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。
（2）CAN 数据传递过程
CAN 数据传递过程如图6.6 所示。
图6.6 CAN 数据传递过程
①提供数据：控制单元向CAN 控制器提供需要发送的数据。
②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。
③接收数据：CAN 控制单元检查判断所接收系统中，所有控制单元转为接收器。
④检查数据：检查接收的数据是否为所需要的数据。
⑤接受数据：如需要接收的数据，它将被接受并进行处理，否则忽略。
（3）数据传递的原理
在CAN-BUS 中的每个节点，其内部进行运算的二进制信号（又称为逻辑信号）的电平都是很小的，并不足以通过双绞线进行长距离的传送（铜线上有电阻值，距离越长阻值越大，幅度不够的信号无法传输）。要实现数据的顺利传输，那么必须将数据进行升压，即将二进制逻辑信号转化为电信号。
1）电信号的传送
如图6.7 所示，CAN 收发器收到CAN 控制器送来的信号后控制三极管导通或截止，CAN收发器就像一个开关，根据CAN 控制器送来的数据不断在导通和截止之间变化，使总线上的电平也不断跟随变化。
图6.7 CAN 收发器示意图
总线导线上会出现两种状态：高电位表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”。如果总线上的电平信号处于静止位置，就称为隐性电平（或称为无源）。如果总线上的电平信号处于传递位置，则称为显性电平（或称为有源）。总线上的电平信号如图6.8 所示。
图6.8 总线上的电平信号
如图6.9 所示，当把两个节点或两个以上的节点连接到一条总线上时，如果某一节点内的开关已接合，电阻上就有电流流过，于是总线导线上的电压就为0 V，此时总线处于有源状态为显性电平。如果所有开关均未接合，那么就没有电流流过，电阻上就没有压降，于是总线导线上的电压就为5 V，此时总线处于无源状态为隐性电平。
图6.9 有两个以上节点的总线状态转换示意图
因此，从上面的分析可知，如果总线处于状态1（无源），那么此状态可以由某一个控制单元使用状态0（有源）来改写。
2）CAN-BUS 的数据传递
①数据发送。图6.10 为CAN-BUS 发射器电路简图。连接在总线上所有节点都没有往外发送数据时，所有的节点的发射器都处于截止状态，两条数据总线也都处于无源状态。上面作用着相同的预先设定值，该值称为隐性电平。对CAN-BUS 来说，这个值大约为2.5 V。隐性电平也称为隐性状态，与其相连接的所有控制单元均可修改它。
图6.10 CAN-BUS 发射器电路简图
当其中有一个节点往外发送数据时，总线处于显性状态，CAN-High 线上的电压值会升高一个预定值（这个值至少为1 V），而CAN-Low 线上的电压值会降低一个同样值（这个值至少为1 V）。于是，在动力CAN 数据总线上的CAN-High 线就处于有源状态，其电压不低于3.5 V（2.5 V+1 V=3.5 V），而CAN-Low 线上的电压值最多可降至1.5 V（2.5 V-1 V=1.5 V）。
因此在隐性状态时，CAN-High 线与CAN-Low 线上的电压差为0 V，在显性状态时该差值最低为2 V，如图6.11 所示。
②数据接收。如图6.12 所示，在收发器内有一个接收器，该接收器就是安装在接收一侧的差动信号放大器。
差动信号放大器用于处理来自CAN-High 线和CAN-Low 线的电平信号，除此之外，还负责将转换后的信号传至控制单元的CAN 接收区。这个转换后的信号称为差动信号放大器的输出电压。差动信号放大器内的信号处理如图6.13 所示。
CAN-High 线和CAN-Low 线上传递的电平信号是相反的，差动信号放大器用CAN-High 线上的电压（UCAN-High）减去CAN-Low 线上的电压（UCAN-Low），就得出了输出电压。用这种方法可以消除静电平（对动力CAN 数据总线来说是2.5 V）或其他任何重叠的电压（如干扰）。
图6.11 CAN-BUS 信号电压变化
图6.12 CAN 接收器结构简图
图6.13 差动信号放大器内的信号处理
由于数据总线要布置在发动机舱内，因此数据总线会受到各种干扰。在保养时，考虑对地短路和蓄电池电压、点火装置的火花放电和静态放电。CAN-High 信号和CAN-Low 信号经过差动信号放大器处理后（就是所谓的差动传递技术），可最大限度地消除干扰的影响，如图6.14所示。这种差动传递技术的另一个优点是：即使车上的供电电压有波动（如在启动发动机时），也不会影响各个控制单元的数据传递（数据传递可靠性）。
图6.14 差动信号放大器内的干扰过滤
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