CAN BUS 發展及基本應用

CAN BUS發展及基本應用報告者︰吳秉昆班級︰車輛三乙學號︰ 4A015080

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摘要

本報告藉由 CANBUS 為題材，了解控制器區域網路 (Controller Area Network) 的由來以及基本介面操作。

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目錄摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｉ目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅱ第一章　汽車通訊網絡概論　 1.1 汽車網路化由來及發展．．．．．．．．．１　 1.2 匯流排規格與相關技術．．．．．．．．．５第二章　 CAN 匯流排協定　 2.1 前言．．．．．．．．．．．．．．．．１３　 2.2 ＣＡＮ基本特性．．．．．．．．．．．１４　 2.3 錯誤狀態的種類．．．．．．．．．．．２４

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目錄第三章　 T89C51CC01 介紹3.1 基本特性與架構．．．．．．．．．．．．２６第四章軟體開發工具組4.1 Keil C µVision4 概述與基本操作．．．．．３４4.2 Atmel FLIP 燒錄應用程式概述與基本操作．４７參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．５７

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第一章　汽車通訊網絡概論1.1 汽車網路化由來及發展

當車用電器設備越來越多，汽車上的電子裝置成本將占汽車整體成本的 25% 以上，汽車已由單純機械產品發展成高級的機電一體化產品，這樣必然會造成龐大的佈線系統，相對的故障率等問題也隨之增加。

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依傳統高級車佈線方法來看，其導線長度可達 2000 公尺，ECU 節點 1500 個，據統計，每 10 年增長 1 倍，纜線的膨脹會使得汽車有限空間的矛盾發展，為了解決此種問題，汽車通訊網絡就此開始發展。

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圖 1 傳統的中央控制的節點通訊方式示意圖( 參考資料：許永和，第 4C- 車載通訊電子網路之 CAN/LIN 匯流排設計與應用 ( 初版 ) 。台北市：儒林， 2010.12 。 )

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圖 2 分散式控制的 CAN 匯流排通訊方式示意圖( 參考資料：許永和，第 4C- 車載通訊電子網路之 CAN/LIN 匯流排設計與應用 ( 初版 ) 。台北市：儒林， 2010.12 。 )

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第一章　汽車通訊網絡概論1.2 匯流排規格與相關技術

20 世紀 90 年代中期，美國汽車工程協會 (SAE) 下屬的汽車網路委員會，根據 SAE J2057 標準，將汽車資料傳輸網路的設計與生產應用，按網路的傳輸速率將車用匯流排劃分為 A 、B 與 C 等三類。

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20 世紀 90 年代中期，美國汽車工程協會 (SAE) 下屬的汽車網路委員會，根據 SAE J2057 標準，將汽車資料傳輸網路的設計與生產應用，按網路的傳輸速率將車用匯流排劃分為 A 、B 與 C 等三類。

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Ａ類︰串流協定標準包括 TTP/A(Time Triggered Protocol/A) 和 LIN(Local Interconnect Net-work) ，其傳輸速率較低。

B 類︰串列協定標準主要包括 J1850 、 VAN 及低速CAN 。

C 類︰串列協定標準主要包括 TTP/C 、 FlexRay 和高速CAN(ISO11898-2) 等。大多用於與汽車安全相關以及即時性要求比較高的應用上。

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圖 3 依車輛網路委員資料傳輸劃分圖

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第一章　汽車通訊網絡概論1-2 匯流排規格與相關技術

目前匯流排的技術以速度及支援元件數目與單價位作為區分，主要包括︰ LIN 、 CAN 、 X-by-Wire 、 FlexRay 與 MOST等。

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第一章　汽車通訊網絡概論1-2 匯流排規格與相關技術LIN(Local Interconnect Net-work) ： LIN 是一種低成本的串列通訊網路協定，採單主機 ECU 節點與多組從主機ECU 節點模式。典型的 LIN 網路節點數可達 12 個，主從ECU 節點之間只需一條 12V 的信號線，最高傳輸速率可達20Kbps 。透過 CAN/LIN閘道器可與 CAN進行資料之交換。

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第一章　汽車通訊網絡概論1.2 匯流排規格與相關技術CAN(Controller Area Network) ︰目前全球使用最廣泛的一種車用網路， CAN 匯流排是一種多主方式的串列通訊匯流排，最高速率可達 1Mbps ，有很高的抗干擾能力。由 CAN控制器、收發器和一對雙絞線構成。具有檢出錯誤使其出錯的ECU退出匯流排及優先順序控制的能力，以滿足及時通訊。

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第一章　汽車通訊網絡概論1.2 匯流排規格與相關技術FlexRay：採用冗餘備份的方法，分別由兩條匯流排與兩個 FlexRay ECU 構成一完整網路，正常情況下以雙通道作為資料傳遞，倘若一通道故障，則由另一備份通道承擔進行資料傳遞。

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第二章　 CAN匯流排協定2.1 前言

由於汽車具有強大的產業背景與需求，為滿足車內各系統的即時性要求，各系統間的資料共享是必須的，但因各電控單元對即時性的要求不同 (如更新速率和控制週期等 ) ，而基於優先競爭的模式，其本身較需具有較高的通信速率， CAN 匯流排正是為滿足這些要求而產生的。

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第二章　 CAN匯流排協定2.2 ＣＡＮ基本特性

可分為８個項目︰多主控制、訊息的傳送、系統的相容性、通訊速度、遠端資料請求、錯誤檢測、通知及恢復功能、隔離故障、連接要求。

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多主控制：在匯流排閒置時，所有單元都可開始傳送訊息( 多主控制 ) 。最先的匯流排可獲得控制權，而相關規範採用載波檢測多重存取 /碰撞避免 (CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

當多個 ECU 單元同時開始傳送時，擁有高優先傳送順序的辨識碼 (Identifier) ( 以下簡稱 ID) 訊息的 ECU 單元可獲得傳送權。

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訊息的傳送：在 CAN 協定中，所有訊息都已固定格式傳送，當同時有兩個以上同時傳送時，依 CSMA/CA 方式仲裁優先權，ID 越小，優先權越高。

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第二章　 CAN匯流排協定2-2 ＣＡＮ基本特性

系統的相容性：與匯流排連接的 ECU 是無 " 位址 " 的資訊。因此，在增加 ECU 時，原先以連接的 ECU 單元的軟硬體及應用層都無須改變。

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通訊速度：根據整體實際網路的規模，可設定適合的通訊速度。在同一網路中，所有 ECU 單元必須設定為統一通訊速度，此時，即便只有一 ECU 通訊速度不同，此 ECU 單元會輸出錯誤訊號，使整體通訊過程遭到妨礙。但不同網路間可有不同通訊速度。若要切換通訊速度，可透過閘道器或雙通道 CAN 來實現。

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遠端資料請求：可透過傳送 "遠端訊框 " 來請求其他單元傳送資料。

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錯誤檢測、通知及恢復功能：所有 ECU 單元都可以檢測錯誤 ( 錯誤檢測功能 ) 。其中，被檢測出錯誤的 ECU 單元會立即通知其他所有 ECU 單元 ( 錯誤通知功能 ) 。而正在傳送訊息的ECU 單元一旦被檢測出錯誤，會強制結束目前的傳送。強制結束的 ECU 單元會不斷反覆地重新傳送此訊息，直到成功傳送為止 ( 錯誤恢復功能 ) 。

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隔離故障： CAN 匯流排可判斷出錯誤的類型為暫時性的資料錯誤 (如外部雜訊 ) ，還是持續的資料錯誤 (如單元故障、驅動器故障與斷線等 ) 。透過此功能，當匯流排上持續發生錯誤時，可將引起此錯誤的 ECU 單元從匯流排上隔離出去。

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連接要求： CAN 匯流排是可同時連接多個 ECU 單元的匯流排。理論上，可連接的單元總數是無限制的，但實際上，會因受到時間延遲與電器負載而限制。

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第二章　 CAN匯流排協定2.3 錯誤狀態的種類

主動錯誤狀態：此狀態可以正常參加匯流排通訊，處於主動錯誤狀態的 ECU 單元檢測出錯誤時，輸出主動錯誤旗標。

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被動錯誤狀態：此狀態易引起錯誤的狀態。處於被動錯誤狀態的 ECU 單元雖能參加匯流排通訊，但為了不妨礙其他 ECU單元通訊，接收時不能積極的傳送錯誤通知。此外，在錯誤恢復後，無法馬上開始通訊，會在下次開始傳送期間插入 "延遲傳送 "(8-bit 的隱性位元 ) 。

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匯流排關閉狀態：此狀態不能參加匯流排通訊。此時，資訊的接收與傳送均會被禁止。

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第三章　 T89C51CC01介紹3.1 基本架構與特性

T89C51CC01 是 Atmel公司針對 CAN 協定所整合的一顆微處理機，其基本特性如下：

8051核心架構256 Bytes RAM1K Bytes XRAM32 Bytes 快閃記憶體資料的保存期限，在 85℃ 下，可保存 10 年

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2 Bytes 快閃 Bootloader3 個 16-bit 定時／計時器14 個中斷源， 4 個中段優先級全雙工傳輸5 個周邊埠： 32+2 條的數位 I/O引線5 個 16-bit PCA 通道8-bit 脈波寬度調變 (PWM) 與高速輸出

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雙資料指標器21-bit 看門狗計時器8 個 10-bit ADC 多通道輸入CAN 控制器

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圖 4 T89C51CC01硬體架構示意圖

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PLCC44重要接腳說明：VSS：電路接地VCC：電壓提供XTAL1：輸入震盪器XTAL2：輸出震盪器埠 0： 8-bit I/O 埠埠 1： 8-bit I/O 埠並支援 ADC

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埠 2： 8-bit I/O 埠埠 3： 8-bit I/O 埠和一些特殊功能 (P3.0 和 P3.1 可作為信號

輸入和輸出 )

埠 4： 2-bit I/O 埠， CAN 應用的輸入與輸出VAREF： ADC 輸入的參考電壓VAGND： ADC 的接地Reset：重置裝置ALE：負責將存取到外部記憶體的低位址閂鎖住

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PSEN：使外部程式記憶體的匯流排致能EA：接高電位時， CPU讀取內部記憶體 ;；接低電位時，CPU讀取外部程式記憶體儲存位址

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圖 5 T89C51CC01 PLCC-44pin 包裝接腳示意圖

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第四章軟體開發工具組4.1 Keil C µVision4 概述與基本操作

KEIL µVISION 是眾多單片機應用開發軟件中最優秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS51 架構的芯片，甚至ARM ，它集編輯，編譯，仿真等於一體，它的界面和常用的微軟 VC++ 的界面相似，界面友好，易學易用，在調試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。

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圖 6 新建立 "MyKuV" 資料夾

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圖７ Keil C µVision4啟動圖示與頁面

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圖 8 新建專案選單位置操作示意圖

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圖 9 新建專案存檔位置操作示意圖

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圖 10 T89C51CC01選項

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圖 11 新建文本操作示意圖

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圖 12 C語言編譯操作示意圖

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圖 13 儲存文本操作示意圖

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圖 14 加入專案操作示意圖

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圖 15 設置晶振操作示意圖

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圖 16 設置自行產生 HEX 文件操作示意圖

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圖 16 編譯產生 HEX 文件操作示意圖

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第四章軟體開發工具組4. 2 Atmel FLIP 燒錄應用程式概述與基本操作

FLIP(FLexible In-system Programmer) 是可執行於Windows 作業系統的一種燒錄程式。可透過 RS232 ， USB或 CAN 介面來實現 Flash 裝置的燒錄功能。

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圖 1 ７ Atmel FLIP 燒錄應用程式啟動圖示與頁面

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圖 18 Preferences 操作示意圖

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圖 19 More>> 按鈕位置示意圖

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圖 20 RST 與 PSEN接腳設定操作示意圖

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圖 21 Device Selector 操作示意圖

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圖 22 使用 RS232連接操作示意圖

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圖 23 文件選擇操作示意圖

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圖 24 X2 模式選擇操作示意圖

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圖 24 Start Application 按鈕位置示意圖

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參考資料許永和，第 4C- 車載通訊電子網路之 CAN/LIN 匯流排設計

與應用 (初版 ) 。台北市：儒林， 2010.12

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