CAN数据总线系统的结构分析

CAN 数据总线包括控制单元（CPU）、控制器（Controller）、收发器（Tranceiver）、数据传输终端电阻，如图2－12所示。

图2－12　CAN 数据总线组成

1.控制单元

控制单元是CAN 数据总线主要计算器，将控制器传递来的信息进行运算，将运算数据传输给控制器。还具有故障记忆功能。

2.控制器

控制器是CAN 通信的控制单元，主要作用是接收来自传感器的信号，形成要发送的指令，或将总线通过接收器传递信号进行转换传递给控制单元（CPU），再将控制单元传来信号形成发送指令通过发送器传递总线。或直接驱动执行元件。图2－13为总线控制系统内部原理图。控制单元接收到的传感器值（如发动机温度或转速）会被定期查询并按顺序存入存储器，这个过程在原理上就相当于一个带有旋转式输入选择开关的选择器。存储器内的传感器数据会被CPU 运算处理，然后存入输出存储器执行控制功能。

图2－13　控制单元内部结构

由于控制单元通过CAN 控制器实现了网络传输，因此，CAN 网络也成了控制单元的输入信息来源。同时，CAN 网络也成了控制单元的信息输出对象。

微控制器按事先规定好的程序来处理输入值，处理后的结果存入相应的输出存储器内，然后到达各个执行元件。为了能够处理数据传输总线信息，各控制单元内还有一个数据传输总线存储区，用于容纳接收到的和要发送的信息。

数据传输总线构件通过接收邮箱（接收信息存储器）或发送邮箱（发送信息存储器）与控制单元相连，该构件一般集成在控制单元的微控制器芯片内。

3.收发器

CAN 收发器由CAN 发送器（Transmitter）和接收器（Receiver）组成，其作用是将CAN控制器提供的数据转换成CAN 总线网络信号发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传送到CAN 控制器。其中发送器把数据传输总线构件连续的比特流（逻辑电平）转换成电压值（线路传输电平），这个电压值适合铜导线上的数据传输。接收器则把电压信号转换成连接的比特流，这种比特流适合CPU 处理。

收发器通过TX 线（发送导线）或RX 线（接收导线）与数据传输总线构件相连，如图2－14所示，RX 线通过一个放大器直接与数据传输总线相连，始终监控总线信号。

图2－14　收发器与TX 线的连接

发送器的特点是TX 线与总线的耦合，如 图2－15所示，这个耦合过程是通过一个断路式集流器电路来实现的。因此，总线导线上就会出现两种状态：

图2－15　总线开关状态示意图(www.xing528.com)

状态1：截止状态，晶体管截止（开关打开）

无源：总线电平＝1，电阻高

状态0：接通状态，晶体管导通（开关接通）

有源：总线电平＝0，电阻低

如图2－16所示，假设有三个控制器收发器耦合在一根总线导线上，开关未闭合表示1（无源）；开关已闭合表示0 （有源）。即收发器C 有源，收发器A 和B 无源。工作过程如下：

①如果某一开关已闭合，电阻上就有电流流过，于是总线导线上的电压就为0 V。

②如果所有开关均未闭合，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。

按照图2－16所示进行连接，三个控制器连接在CAN 总线上的工作状态，如表2－3所示。

图2－16　在一条总线上耦合的三个收发器

表2－3　控制器和总线状态对应关系表

总线系统中信号采用二进制传输，因此，如果总线处于状态1 （无源），则此状态可以由某一个控制单元使用状态0 （有源）来改写。无源的总线电平称为隐性的，有源的总线电平称为显性的。实现逻辑运算的模型如图2－17和图2－18所示。

图2－17　正逻辑运算模型

图2－18　负逻辑运算模型

总线系统采用二进制传输，负逻辑运算。

4.数据传输终端

数据传输终端一般由终端电阻组成，防止信号反射。