CAN网络控制器及相关芯片教学课件PPT总线收发器

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第4章CAN网络控制器及相关芯片讨论内容概述：4.1CAN总线收发器PCA82C250/82C2514.2控制芯片SJA1000 参考文献：阳宪惠．现场总线技术及其应用.北京：清华出版社史久根等．CAN现场总线系统设计技术.北京：国防工业出版社雷霖．现场总线控制网络技术.北京：电子工业出版社，2004甘永梅，李庆丰，刘晓娟，等．现场总线技术及其应用.北京：机械工业出版社，2004李正军．现场总线及其应用技术．北京：机械工业出版社，2006 杜尚峰．CAN总线测控技术及其应用.北京：电子工业出版社，2006王黎明等．CAN现场总线系统的设计与应用.北京：电子工业出版社，2008饶运涛等．现场总线CAN原理与应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2007 总线收发器是一个物理层的器件，它是CAN总线控制器和物理总线之间的接口，器件可以提供对总线的差动发送能力和对CAN总线的差动接收能力。CAN总线的两层协议固化在它的相关芯片中，主要是总线控制器和总线收发器。 多个厂家能提供这类芯片，如:Philips的PCA82C250；Bosch的CF151和CDF160；Philips的PCA82C251和TJA1050；TI的SN65HVD2等（在4.1中将介绍Philips的250/251系列芯片）。 CAN网络控制器具有完成CAN通信协议所要求的物理层和数据链路层的几乎所有功能。多个厂家能提供各种类型的CAN网络控制器芯片。按功能来分有两类：（1）独立的CAN控制器芯片：如Philips的SJAl000；（2）集成到微控制器中的控制器芯片： 8位微控制器+CAN控制器的芯片——如Philips的P8XC59X系列芯片；16位微控制器+CAN控制器的芯片——Motorola的68HC912系列；32位微控制器+CAN控制器的芯片——Motorola的MC6837X系列；DSP+CAN控制器的芯片——TI的TMS320LF24系列等。目前还有不少ARM+CAN控制器的芯片及其他微控制器+CAN控制器的芯片 设计CAN节点时，首先通过互联网等搜索了解最新款、最适用的CAN控制器。最好是采用带有丰富I/O功能和CAN控制器的微控制器（即采用微控制器+CAN控制器的方式），以减小节点的体积，提高系统的可靠性。同时还要注意芯片中的处理器内核自己是否熟悉，开发仿真是否方便等。在具体介绍总线收发器PCA82C250之前，首先简要介绍一下CAN总线媒体装置特性（相关内容可参考：雷霖.《现场总线控制网络技术》的6.2.7节或陈宪惠.《现场总线技术及其应用》的7.2.6等文献，自学） CAN能够使用多种物理媒体，如双绞线、光纤等，最常用的是双绞线。信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”。总线可具有两种逻辑状态：隐性（逻辑“1”）或显性（逻辑“0”）。在隐性状态下，VCAN_H和VCAN_L被固定于平均电压（2.5V左右），二者之差Vdiff近似为零。显性状态以大于最小阈值的差分电压表示（此时电压通常为：CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V）。在显位期间，显性状态改变隐性状态并发送。 总线上的位电平如下图所示。 CAN技术规范2.0B的物理层包括位编码/解码、位定时及同步等内容，但对总线媒体装置(如驱动器/接收器特性)未作规定，以便在具体应用中进行优化设计。ISO11898中，对基于双绞线的CAN总线媒体装置特性给出了建议如下图所示。 连接于总线的节点称为电子控制装置(ECU)。总线每个末端均接有以RL表示的抑制反射的终端负载电阻，而位于ECU内部的RL应予取消。总线驱动可采用单线上拉、单线下拉或双线驱动，接收采用差分比较器。 若所有ECU的晶体管均被关闭，则总线处于隐性状态。此时总线的平均电压由具有高内阻的每个ECU电压源产生。若成对晶体管至少有一个被接通则显性位被送至总线，它产生流过终端电阻的电流，使总线的两条线之间产生电压差。物理媒体附属装置子层的电气规范分别示于表6-3至表6-7。表中给出的所有数据均与特定的物理层实现无关。这些表中给出的参数应被每个ECU的工作温度范围所满足。选择这些参数可以多达30个ECU连接至总线。 总线所采用的电缆及终端电阻如表6-8所示。 总线的拓扑结构见图6-17和表6-9。 4.1CAN总线收发器PCA82C250/82C251——4.1.1简介CAN总线收发器PCA82C250/251提供协议控制器和物理传输线路之间的接口。可以用高达1Mb/s的速率在两条有差动电压的总线电缆上传输数据。由于PCA82C251有更高的击穿电压，因此可以在电源电压范围内驱动低至45的总线负载。而且PCA82C251在隐性状态下的拉电流更小，在掉电情况下的总线输出特性有一定改善。 这两款总线收发器器件具有以下特性：①完全符合ISO11898标准；②高速率(最高达1Mb/s)；③具有抗汽车环境中的瞬间干扰；④斜率控制，降低射频干扰(RFl)；⑤差分接收器，抗宽范围的共模干扰，抗电磁干扰(EMl)；⑥热保护；⑦总线与电源及地之间的短路保护；⑧低电流待机模式；⑨掉电自动关闭输出（未上电的节点对总线无影响）；⑩可支持多达110个节点相联接。 4.1CAN总线收发器PCA82C250/82C251——4.1.2结构和功能接CAN控制器接CAN总线 引脚功能如表4.2所示。 PCA82C250驱动电路内部具有限流电路，可防止发送器的输出级对电池电压的正端和负端短路。CANH和CANL这两条差分驱动线也能防止受到在汽车环境下可能发生的电气瞬变现象的影响。 4.1CAN总线收发器PCA82C250/82C251——4.1.3工作模式PCA82C250/C251共有3种不同的工作模式：高速、待机、斜率控制。通过Rs引脚来选择提供。1．高速模式适合执行最大的传输速率和/或最大的总线长度。常用于普通的工业应用，譬如基于CAN的DeviceNet。这种模式的总线输出信号用尽可能快的速度切换，因此一般使用屏蔽的总线电缆以防止射频干扰问题的出现。高速模式通过VRs<0.3Vcc来选择（具体怎么做？）。 将Rs控制输入直接连接到微控制器的输出口，或者地电平，或者一个高电平有效的复位信号。2．斜率控制模式在一些应用中由于考虑到系统的成本等问题而使用非屏蔽的总线电缆。此时，PCA82C250/251的总线信号转换速度应被降低。转换速度可以通过连接在控制引脚Rs上的串连阻抗值Rext来调整。总线输出的转换速度大致和流出引脚Rs的电流成比例，电流范围在10μA<-IRs<200μA。如果Rs引脚的输出电流在这个范围中，引脚Rs将输出大约0.5Vcc的电压。 当在Rs引脚和地电平之间应用一个适当的电阻时，收发器被设置成斜率控制模式。电阻阻值的经验值范围在16.5kΩ0.75Vcc；Px,y=低，PCA82C250/251切换到普通工作模式，普通工作模式可以是高速模式或低斜率控制模式，由连接到Rs的电阻决定。连接到Rs的电阻Rext的阻值：0