《CAN硬件设计》课件

总体介绍CAN协议是一种用于实时应用的串行通信协议，在汽车行业得到了广泛应用CAN协议的特点是可靠性高、抗干扰能力强、实时性强，非常适合在恶劣环境CAN下使用总线结构CAN总线是一种基于事件触发的广播式通信系统，采用多主节点结构，节点之CAN间通过共享总线进行数据交换总线通信协议定义了网络中各节点之间的通信机制，包括数据帧格式、仲CAN裁机制、错误检测和纠正等，确保网络中各节点能够高效、可靠地进行通信物理层CAN物理层概述CAN物理层定义了总线上的电气特性，包括信号电压、信CAN CAN号电平、传输介质和连接器等它负责将数据链路层发送的比特流转换为实际的电信号，并将其传输到接收方数据链路层CAN帧格式处理错误检测和纠正12数据链路层负责对帧进通过校验和、等机制检测CAN CRC行封装和解析，确保数据在网错误，并采取相应的纠正措施络中传输的正确性，保证数据完整性仲裁机制数据流控制34采用优先级仲裁机制，保证多通过数据流控制机制，协调网个节点同时发送数据时，优先络中不同节点之间的通信，避级高的节点能够成功发送免数据冲突时序分析CAN位时间1每个位时间包含个时间段4同步段2接收器同步到发送器采样点3接收器判断位状态回退段4接收器重新同步时序分析是总线设计的关键，它影响着数据传输速率和可靠性位时间包括同步段、采样点和回退段等时间段，并决定了数据传输速率CAN CAN接收器通过同步段同步到发送器，在采样点判断位状态，回退段则用于接收器重新同步到发送器合理设置时序参数可以保证数据传输的准确性和可靠性，提高总线性能CAN帧格式CAN数据帧远程帧错误帧过载帧数据帧用于传输应用程序数据远程帧用于请求数据，包含标错误帧用于指示总线上的错误过载帧用于表示节点无法立即，包含标识符、数据长度、数识符、数据长度等信息，用于，包含错误标志位，用于标识响应请求，包含标识符，用于据域和校验码等信息从发送节点请求数据错误类型，例如位错误或帧错表示发送节点需要时间处理请CRC误求仲裁机制CAN优先级总线上每个节点都有一个唯一的标识符（），较小的节点具有更高的优先级CAN IDID竞争当多个节点同时发送数据时，拥有最高优先级的节点将获得总线的控制权仲裁过程节点通过比较来确定优先级，优先级高的节点将发送数据ID错误检测和纠正CAN校验错误帧CRC每个帧包含一个循环冗余校当检测到错误时，接收节点会发CAN验码（），用于检测数据传送一个错误帧，通知其他节点发CRC输过程中发生的错误生错误，并可能触发重传错误计数器错误恢复机制节点会跟踪错误计数器，如果错错误恢复机制允许节点在一定时误超过一定阈值，则会进入错误间后恢复正常操作，但需要满足被动状态一定条件总线故障诊断CAN故障指示灯诊断工具电路板检查数据分析总线故障时，仪表盘上会使用专门的诊断工具可以读取检查总线连接器、线缆和分析总线数据，识别故障CAN CAN CAN出现故障指示灯，提示驾驶员总线上的错误代码，帮助电路板是否存在物理损坏或短模式和原因，制定修复方案CAN检查车辆系统诊断和解决故障路网络拓扑CAN网络拓扑是指节点在网络中的连接方式，它决定了网CAN CAN络的性能和可靠性常见拓扑结构包括总线型、星型、树型和混合型，设计时应根据实际应用需求选择合适的拓扑结构总线型结构简单易实现，但抗干扰能力较差；星型结构抗干扰能力强，但成本较高；树型结构可扩展性好，但设计复杂；混合型结构可根据实际需求进行组合收发器选型CAN通信速率工作电压选择与应用场景所需的通信速率根据应用场景的工作电压选择合相匹配的收发器高性能收发器适的收发器收发器的工作电压支持更高的通信速率应与系统电压一致工作温度引脚数量考虑应用场景的工作温度，选择根据应用场景的引脚需求选择合能够在目标温度范围内正常工作适的收发器例如，需要额外功的收发器能的收发器可能具有更多引脚隔离设计CAN电气隔离信号传输安全性隔离总线，防止干扰信号进入主控系通过光耦、磁隔离等隔离方式实现信号传输隔离总线，提高系统安全性，防止外CAN CAN统部干扰影响主控系统总线终端电阻CAN作用阻值终端电阻位于总线两端，用于吸收信号反射，提高信号传输质量终端电阻阻值通常为，符合协议标准，可以有效地匹120ΩCAN，防止信号失真和反射造成数据错误配总线特性阻抗，降低信号反射总线连接器CAN类型防护等级12常见的连接器类型包括连接器的防护等级根据工作环CAN、、、境要求选择，例如等级D-SUB RJ45XHP IP67等，选型需考虑信号传适用于恶劣环境下的应用M12输要求、环境因素和成本因素可靠性信号匹配34选择可靠性高的连接器，确保确保连接器信号匹配，避免信数据传输稳定可靠，避免连接号反射和干扰，影响数据传输故障导致系统问题质量布线设计CAN信号完整性1阻抗匹配，避免反射抗干扰2屏蔽线，滤波器布局3短线，远离干扰源走线4单点接地，电源线平行布线设计是确保总线正常工作的重要环节CAN CAN需要考虑信号完整性、抗干扰性、布局合理性、走线规范等因素通过合理设计，确保总线信号传输质量，提高系统可靠性CAN抗干扰措施CAN电磁屏蔽滤波器合理布线接地处理通过金属外壳或屏蔽层隔离外使用滤波器抑制特定频率的干避免将线路与高噪声线使用良好接地系统，确保信号CAN部电磁干扰，例如使用屏蔽线扰信号，例如使用滤波器路平行布线，并尽量减少线路接地和电源接地之间的良好连LC或屏蔽接地或滤波器长度，减少干扰机会接，降低接地回路产生的干扰RC设计CAN EMC电磁兼容性测试设计措施认证EMC EMC EMC EMC总线在工作时会产生电系统的测试包括设计措施包括合理布线产品需要通过认CAN CAN EMCEMC CANEMC磁干扰，也会受到外部电磁干传导发射测试、辐射发射测试、屏蔽、滤波、接地等，以减证，以确保其符合相关标准扰的影响因此，需要进行、传导抗扰度测试、辐射抗扰少电磁干扰设计，以确保系度测试等EMCCAN统的正常运行省电设计CAN低功耗芯片休眠模式选择低功耗的微控制器和外设，在不使用时，让控制器进入CAN例如收发器，降低功耗低功耗休眠模式，减少功耗CAN定时唤醒电源管理使用定时器，在需要传输数据时设计合理的电源管理电路，使用唤醒控制器，避免长时间处高效的电源转换器，降低功耗CAN于高功耗状态硬件电路设计CAN微控制器选择收发器选择

1.

2.CAN12根据应用需求，选择合适的微选择合适的收发器，例CAN控制器，例如支持总线如或CAN TJA1050的或系列微控，确保其符合STM32PIC SN65HVD230制器总线标准和应用环境要CAN求电路设计硬件测试

3.

4.34根据总线标准，设计相完成硬件电路设计后，进行硬CAN应的电路，包括总线接件测试，验证电路功能，确保CAN口电路、电源电路和滤波电路其符合设计要求测试验证CAN功能测试1验证网络功能是否正常，包括数据发送、接收、CAN帧格式、仲裁机制等性能测试2测试网络数据传输速率、延迟、吞吐量等性能指CAN标，评估其性能是否满足应用需求环境测试3模拟实际使用环境，测试网络在高温、低温、湿CAN度、振动等环境下的工作稳定性兼容性测试4验证网络与其他系统或设备的兼容性，确保其能CAN够与其他系统或设备正常通信可靠性测试5评估网络在长时间连续工作或异常情况下是否能CAN够保持可靠性功能安全设计CAN安全分析容错设计认证标准分析潜在的安全隐患，例如数据丢失、错误设计冗余机制，确保系统在部分组件故障情符合相关功能安全标准，例如ISO控制等况下仍然可以正常运行、等26262IEC61508产品认证要求CAN功能安全认证电磁兼容性认证产品通常需要满足功能安全产品需要通过电磁兼容性CAN CAN标准，例如或测试，以确保其在电磁环ISO26262IEC EMC，以确保其在安全关键应境中正常运行，不会对其他设备61508用中的可靠性产生干扰环境认证其他认证产品可能需要通过环境认证根据应用领域和客户需求，CAN CAN，例如高温、低温、振动和冲击产品可能还需要通过其他认证，测试，以确保其在各种环境条件例如汽车行业中的ISO9001下能够可靠地工作质量管理体系认证硬件原理图设计CAN硬件原理图设计是整个硬件开发流程的重要环节，是将硬件设计方案具体CAN化，形成可供参考和制造的文档原理图设计需要遵循一定的规范和标准，并与实际硬件电路相对应原理图设计完成后需要进行审核和验证，确保其准确性和可行性硬件布局设计CAN硬件布局设计是一个重要的步骤，直接影响着网络的CAN CAN稳定性和可靠性合理的设计可以有效降低信号干扰，提高抗噪声能力布局设计需要综合考虑以下因素元器件的排列•信号走线•电源和地线•电磁兼容性•硬件设计CAN PCB硬件设计是系统硬件设计的重要环节，直接影响CAN PCB CAN系统的可靠性和稳定性设计需要考虑以下因素信号完整PCB性、电源完整性、性能、热性能以及可制造性EMC设计流程包括原理图设计、布局布线、制造、PCB PCB PCB PCB测试等在设计过程中，需要充分利用工具进行仿真和PCB EDA分析，确保最终设计的能够满足系统对性能、可靠性和PCBCAN的要求EMC硬件验证测试CAN功能测试验证硬件是否符合预期功能，包括数据收发、协议解析、错误处理等CAN性能测试测试硬件的传输速率、延迟、吞吐量等性能指标，确保其满足系统要求CAN环境测试模拟实际应用环境，测试硬件在高温、低温、振动、冲击等条件下的可靠性CAN兼容性测试测试硬件与其他设备的兼容性，确保其能够与系统中的其他模块正常通信CAN安全测试测试硬件的安全性，确保其能够抵御外部攻击，防止数据泄露或篡改CAN硬件生产制造CAN元器件采购选择优质的元器件，确保质量和可靠性，包括收发器、微控制器、电阻、电容等CAN制造PCB根据设计好的图纸，进行板的生产制造，确保线路板的质量和性能PCBPCB元器件焊接将采购的元器件焊接在板上，进行贴片或插件焊接，确保焊接质量和可靠性PCB功能测试对组装好的硬件进行功能测试，确保硬件功能符合设计要求和规范CAN包装和运输将测试合格的硬件进行包装，并运送到客户手中，确保产品安全运输CAN硬件可靠性设计CAN环境适应性组件选型测试验证生产工艺确保硬件能够在各种恶选择高品质，经过严格筛选和进行严格的可靠性测试，例如采用高质量的生产工艺，例如CAN劣环境下可靠运行例如，极测试的组件，例如高可靠性的高低温测试，振动测试，盐雾贴片工艺，波峰焊工艺SMT端温度，湿度，震动和电磁干芯片，电容和电阻等，以确保测试和电磁兼容测试，以验证和组装工艺等，以确保硬件的扰等电路的稳定性和可靠性硬件的可靠性和稳定性可靠性和一致性硬件量产阶段CAN批量生产质量控制包装与物流根据设计规范和生产计划，进行大规模生产严格执行质量检测流程，确保产品质量稳定对产品进行包装，并安排物流配送硬件维护保养CAN定期检查环境监测确保总线连接正常、信号稳定、元器件完好定期清定期检查工作环境温度、湿度、电磁干扰等因素，避免超出CAN洁接触点，防止氧化导致接触不良设计范围故障排查备份维护及时记录和分析网络运行日志，快速定位并解决故障备份硬件配置和程序，以便于系统升级或故障恢复CANCAN，避免系统瘫痪硬件迭代优化CAN用户反馈技术升级优化设计测试验证收集用户反馈，分析问题，改采用新技术，提高性能，降低改进电路，提高可靠性，降低进行全面测试，确保设计符合进设计成本功耗要求。