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帕薩特轎車車載網絡系統原理及故障檢修
來源:本站整理  作者:佚名  2014-04-14 09:20:51

    CAN是英文Controller Area Network的縮寫,意為控制器局域網,是一種多路復用總線,也就是每個節點機構都可成為主機,且各個節點之間也可進行通信。具有較強的糾錯能力,支持差分收發,適合高干擾環境,由于其實時性、靈活性和開放性特別突出,故在帕薩特系列轎車上也采用了CAN總線技術。
    一、汽車車載網絡CAN數據總線系統的組成特點
    由于CAN總線在諸多汽車總線中有著十分重要的地位,它己成為汽車總線的代名詞,己成為汽車是否數字化的一個重要標志。
    (一)CAN總線系統的基本組成
    汽車車載網絡CAN總線系統的組成可由圖1所示的簡圖來表示。它是由多個電子控制單元(圖1中僅畫出了2個電子控制單元)與兩條數據傳輸線、數據傳遞終端等組成的。
CAN總線系統的組成結構簡圖

    與無車載網絡的車型相比,CAN總線系統中的電子控制單元,都增加了一個CAN控制器和一個CAN收發器(在網絡系統中俗稱為節點),用兩條CAN數據總線連接到傳輸線上。
    (二)CAN總線系統的控制器
    汽車車載網絡CAN控制器是在一塊可編程芯片上通過邏輯電路的組合而制成的。該控制器具有與單片微處理器進行連接的接口,可以由微處理器對其進行編程,以便對它的工作方式進行設置,控制它的工作狀態,進行數據的發送或接收。
    1.  CAN控制器的基本類型
    汽車車載網絡CAN控制器通常有兩種類型,并且都嚴格遵守CAN的規范和國際標準。它們的特點分別說明如下:
    (1)獨立型車載網絡CAN控制器
    這種類型的CAN控制器具有相對獨立性,使用起來十分靈活,一般以單片集成電路的方式出現,它可以與多種類型的單片機、微處理器的各類標準總線進行接口組合,在車輛上安裝時是作為一個電子單元電路設置于微處理器與總線傳輸線路之間的。
    (2)組合型車載網絡CAN控制器
    這種CAN控制器是與微處理器組合在一起,形成一個具有CAN控制功能接口的微處理器控制組件,如圖2所示。在該電路中,80C51是一塊單片微處理器,SJA 1000為CAN控制器,PCA2C250則為數據發送器。CAN控制器通過相關引腳與單片微處理器進行連接,受微處理器80C51的控制進行數據的讀(RD)或寫(WR)。
具有CAN控制功能接口的微處理器控制電路
    使用組合型CAN控制器,可以使電路得到簡化和變得緊湊,效率也可得到相應的提高。
    2.  CAN控制器的作用
    汽車車載網絡CAN控制器的作用是接收控制單元中微處理器發出的數據,然后對這些數據進行相應的處理后傳送給CAN收發器。同樣,當接收到CAN發送器送來的數據后,也對這些數據進行處理,然后提供給微處理器。
    3. CAN控制器實用電路
    目前,在車載網絡總線中應用較多的CAN單片控制器多數由SJA 1000集成電路組成。
    由SJA 1000構成的CAN控制器典型應用電路如圖3所示。
由SJA1000構成的CAN控制器典型應用電路
    SJA 1 000集成電路采用雙列28腳直插式封裝,其各引腳功能說明如表1所示。
集成電路SJA1000各引腳功能說明

    由CAN總線控制集成電路SJA1000組成的CAN控制器通信速率為250Kb/s,采用擴展幀格式(即29位標識符)每幀數據為8字節,包括標識符及幀信息傳送字節數可達13字節。為了保證數據幀的實時性,傳送的數據由微處理器系統定時(周期為10 ms)發送,控制器以中斷方式接收。當CAN總線控制器SJA1000接收到有效信息時,產生高速輸入中斷,系統進入中斷程序,對接收的信息進行分類處理,得到的信號提供給微處理器。發送數據的方法與接收數據的處理方法類似。

    (三)CAN總線系統的收發器
    汽車車載網絡CAN收發器是一種將CAN數據發送器與數據接收器組合在一起的單片集成電路。
    1.  CAN收發器的類型
    汽車車載網絡CAN收發器也分為獨立型與組合型兩大類。由于前者應用靈活,可以與多種CAN控制器進行連接使用,故應用十分廣泛。后者通常與CAN控制器組合在一起,形成一個具有CAN收發功能的CAN控制器組件。
    2.汽車車載網絡CAN收發器的作用
    汽車車載網絡CAN收發器的作用是用于將CAN控制器提供的數據轉換成電信號,然后通過數據總線發送出去。同時,它也接收總線數據,并將數據傳送給CAN控制器。
    3.汽車車載網絡CAN收發器的實用電路
    單片CAN收發器集成電路型號較多,較常見的型號有82C250與PCA2C250,這兩種型號的集成電路可以互換。由82C250組成的CAN收發器的典型應用電路如圖4所示。在該電路中,C8051FO40是一塊混合信號處理系統超級單片微處理器,具有與8051兼容的高速CIP-51處理器,該芯片內集成了數據采集和控制系統中常用的模擬、數字外設及其他功能部件,具有64路I/O(輸入/輸出)接口、12路12位A/D(模擬/數字)轉換器、CAN總線控制器等功能器件。
由82C250組成的CAN收發器的典型應用電路
    82C250是一塊高性能單片CAN收發器集成電路,具有降低射頻干擾、熱防護、抗汽車環境下的瞬間干擾等特性。采用8腳雙列直插式封裝方式,其各引腳功能如表2所列。
單片CAN收發器集成電路82C250各引腳功能說明
      (1)電路特點
    在圖4所示電路中,為了增強CAN總線節點的抗干擾能力,C8051F040通過高速光電耦合器TLP113后與82C250相連接,由此可以實現總線上各個CAN節點間的電氣隔離。
    (2)電路元件作用
    在圖4所示電路中,R4與R5電阻器連接在CAN總線與82C250的CANH(⑦腳)、CANL(⑥腳)間,對輸入82C250的電流進行限流,以保護集成電路不受過電流的沖擊而損壞;C17與C18兩只小電容器連接在總線的CANH、CANL與地線(即搭鐵)間,用于濾除總線上的高頻干擾,并且還具有一定的防電磁輻射的能力;VD5、VD6兩只二極管連接在總線的CANH,、CANL與地線(即搭鐵)間,用于作為電源極性接反保護用。當總線上的電源極性接反時,這兩只二極管就會導通,以保護后級的CAN收發器不會被損壞;R13電阻器連接在82C250的⑧腳與地線之間,用于對CAN總線的通信速度進行設定,當該電阻值為 20 M時,CAN總線的通信速度被設定為500 Kb/s。
      (3)數據發送過程
    當需要發送數據時,微處理器C8051F040⑦腳就會有相應的信號輸出,控制光電禍合器IC3內的發光二極管發出相應的光線,IC3內的光敏反相器受光并將光信號轉變為電信號以后從⑤腳輸出,直接加到82C250的①腳,經處理后的數據通過82C250的⑥、⑦腳,送到CAN數據傳輸線上。
    (4)數據接收過程
    當CAN數據傳輸線上的數據經R5,凡加到 82C250的⑥、⑦腳內后,該信號經處理以后從④腳輸出,控制光電禍合器IC4內的發光二極管發出相應的光線,IC4內的光敏反相器受光并將光信號轉變為電信號以后從⑤腳輸出,直接加到微處理器C8051F040⑥腳,經處理后的數據就會使微處理器有相應的控制指令輸出。

    (四)CAN總線系統的數據傳遞終端
    汽車車載網絡CAN數據傳遞終端實際上就是一個電阻器,其作用就是避免數據傳輸終了反射回來時,產生的反射波導致數據被破壞。數據傳遞終端一般有兩個,根據其設置的位置可以分為分開式和組合式兩大類。
    1.分開式數據傳遞終端
    這種方式的數據傳遞終端,是將兩個數據傳遞終端分別設置在車輛兩處的兩個控制單元中,如圖5所示。
分開式數據傳遞終端的結構示意圖

    2.組合式數據傳遞終端
    這種方式的數據傳遞終端,是將原來分布在兩個控制單元中的兩只電阻器以并聯的形式歸并到一個控制單元內,如圖6所示。
組合式數據傳遞終端的結構示意圖

    (五)CAN總線系統的數據總線
    CAN數據總線是一種用來傳輸數據的雙向數據線,分為CAN高位(CAN-high)和低位(CAN-low)數據線。數據通過數據總線發送給各個控制單元,各控制單元接收后進行計算。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射,CAN總線通常采用兩條導線纏繞在一起的方式構成,如圖7 (a)所示。由于纏繞在一起的兩條導線上的相位是相反的,當一根線上的電壓為5V時,另一根線上的電壓則為0V,如圖7 (b)所示。這樣,這兩條線上的電壓和就總等于一個常數。通過這種措施,可以保護CAN總線不會受到外界電磁波的干擾,同時也可以使CAN本身產生的輻射不會向外輻射,以使這兩條線保持中性。
纏繞在一起的CAN總線結構示意圖

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