汽车电子控制基础17串行通信与CAN基础

第十七章串行通信与CAN总线基础曹家喆第一节串行通信的基本概念两种信息传输方式并行传输方式串行传输方式串行通信的相关规定串行通信需要“协议”协议内容信号电平的电压传送字符的格式信息传输的速率起始和结束约定等串行通信的字符格式异步通信起始位数据位奇偶校验位停止位空闲位串行通信的字符格式同步通信同步字符（SYN）数据块部分校验字符（CRC）串行通信的波特率（BaudRate）波特率数据传送的速率，它表示每秒钟传送的二进制代码的位数，单位是bit/s，一般写成bps。1波特=1bit/s波特率范围：一般在50～19200bps之间举例：波特率为1200bps，异步通信字符格式为8个数据位、1个起始位和1个停止位，即10位/帧，那么每秒钟能够传送的字符数就是：1200（bit/s）÷10（bit/字符）=120（字符/s）一些常用的串行通信总线标准串行通信总线标准种类RS-232，RS-422，RS-485等关于RS-232总线引脚标准电平标准“0”：+5～+15V“1”：-5～-15V最大传输距离：15m最高传输速率：约为20kbps（a）DB-25型连接器（b）DB-9型连接器RS-232标准通信接线双机通信简单的接线方法常用RS-232C接口电路：MC1488、MC1489等。前者将单片机用的TTL电平（0-5V）转换为RS-232C电平，后者则相反，将RS-232C电平转换为TTL电平0-5V0-5V-15V~+15V51系列微控制器串行接口串行口电路基本结构加上头尾成为一帧去掉头尾只留数据8位数据8位数据串行口的工作方式方式0数据位：8位仅配合移位寄存器，用于扩展并行口移位寄存器：串入/并出并入/串出发送时接收时方式0应用举例——多位数字显示串行口的工作方式控制线发送数据串行口的工作方式方式1帧格式：10位1个起始位8个数据位1个停止位起始位数据位停止位简单的“点对点”通信方法初始设定波特率设置及相关计算相关寄存器设定发送程序接收程序最简单的“单工”通信举例任务：由发送端控制接收端亮灯硬件线路方案设计fosc：11.0592MHz波特率：2400bps通信方式：方式1编程要点——发送程序主程序:ORG0000HAJMPMAINORG0023H;串行中断入口地址！AJMPSENDORG0100HMAIN：MOVTMOD,#20H;设定时器1方式2MOVTL1,#0F4H;设置波特率计数初值MOVTH1,#0F4H;设置波特率计数重装值SETBTR1;启动计时MOVSCON,#50H;设串行口方式1、允许接收SETBEA;允许中断SETBES;允许串行中断MOVA,#0FEH;第一个字符MOVSBUF,A;先发送一个字符数据SJMP$;等待中断编程要点——发送程序（续）中断服务程序：SEND:CLRTI;发送中断标志清0ACALLDEL;延时RLA;左移MOVSBUF,A;继续发送RETI;中断返回DEL:（略）编程要点——接收程序主程序:ORG0000HAJMPMAINORG0023H;串行中断入口地址！AJMPRECORG0100HMAIN：MOVTMOD,#20H;设定时器1方式2MOVTL1,#0F4H;设置计数初值MOVTH1,#0F4H;设置计数重装值SETBTR1;启动计时MOVSCON,#50H;设串行口方式1、允许接收SETBEA;允许中断SETBES;允许串行中断SJMP$;等待接收中断编程要点——接收程序（续）中断服务程序：REC:CLRRI;发送中断标志清0MOVA，SBUF;接收数据MOVP1，A;送到P1口RETI;中断返回END串行口的工作方式方式2帧格式11位（1个起始位、8个数据位、1个第9位、1个停止位）波特率固定为fosc/64应用：多机通信串行口的工作方式方式3帧格式：与方式2相同波特率：可设置波特率计算（同方式1）定时器初值计算（同方式1）应用：多机通信波特率384f256Xosc应用项目：车灯串行控制任务：以串行通信方式控制车灯关于计算机通信网络什么是通信网络多台计算机连成的通信系统实现资源信息共享网络的分类按照网络规模，可分为局域网、广域网等一个计算机网络CAN总线基础知识关于CAN（ControllerAreaNetwork）的概念一种通信网络关于局域网节点连接方式CAN就属于总线型局域网（a）星型（b）总线型（c）环型（d）树型电气设备的控制方式传统控制方式每个设备都有单独的连接线，连接线是专用的使用CAN的控制方式用较少的通信线传输多种控制信息，也叫多路传输多条线两条线采用CAN总线的意义（a）传统控制方式（b）CAN总线控制方式汽车使用CAN的意义节约导线简化维修提高可靠性共享信息资源信息传递速率可高达1Mbit/s采用CAN总线的意义车门控制单元为例若无CAN总线，完成其全部控制功能需要45根线和9个插头采用CAN总线的意义车门控制单元为例采用CAN总线后，完成其全部控制功能只需17根线、2个插头即可CAN总线的发展80年代末由德国Bosch公司最先提出最初动机：解决现代汽车中越来越多的ECU之间的通信问题，并简化线路1993年已形成国际标准ISO11898有关CAN的技术规范网络协议即各通信计算机之间约定的信息交换规则协议主要内容电气标准：传输导线、接头引脚、信号电压、数字逻辑等通信方式：通信速率、主从、优先规则等通信内容：数据格式、校验方式等车载网络协议标准分类低速总线标准(A类)如LIN(LocalInterconnectNetwork)中速总线标准(B类）如CAN高速总线标准（C类）如CAN、X-by-Wire、MOST等诊断系统总线标准OBD-II、OBD-III多媒体系统总线标准分为低速、高速和无线通信三种低速：用于远程通信高速：用于视频音频通信，如MOSTOBD-II端子相关引脚网关（gateway）是用于联系不同网络系统的接口控制器件具有从一个网络协议到另一个网络协议转换信息的能力工作原理接收A网络信息-处理转换-发送到B网络接收接收转换转换发送发送有关CAN的技术规范标准帧格式帧起始（SOF）仲裁场控制场数据场CRC场应答场帧结束有关CAN的技术规范0113.5V1.5V标准信号电平：差分形式隐性位：表示“0”VCANH=VCANL≈2.5V显性位：表示“1”VCANH=3.5VVCANL=1.5V示波器捕捉的CAN信号波形CAN_HCAN_LCAN总线的控制器件CAN总线控制器形成帧格式、发送、接收、校验等CAN总线收发器驱动、放大、形成差分信号CAN总线数据信息传输汽车上的CAN总线硬件示意图1-发动机的ECU2-ABS的ECU3-CAN总线4-终端电阻CAN总线在汽车中的应用CAN总线数据传输的层次发动机控制ECU悬架控制ECUABS控制ECUASR控制ECU网关1仪表显示ECU安全气囊ECU故障诊断ECU驾驶信息ECU网关2中央门锁ECU电动门窗ECU电动座椅ECU车灯控制ECU…高速总线中速总线低速总线……FlexRay：车内高速网络通讯系统LIN（LocalInterconnectNetwork）低速局域网Most（MediaOrientedSystemTransport）用于连接车载导航和无线电通讯设备CAN总线在汽车中的应用举例思考题1、简述什么是串行通信的单工、半双工和全双工方式。2、说明通信协议应包括那些最基本内容？3、一般异步通信的字符格式包含哪几部分？4、说明什么是波特率，以及串行通信一般波特率的范围。5、说明CAN的中文名称，汽车中使用CAN总线有什么好处？