Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng can

Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng can Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng can Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng can Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng can Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng can

TÓM TẮT

Ngày nay một hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng phức tạp Mạng CAN (Controller Area Network), tạm dịch là “Mạng ECU” hay gọi tắt là mạng CAN ra đời.Tuy vậy, hệ thống truyền dữ liệu qua mạng CAN trên ô tô là một hệ thống còn khá mới mẻ đối với học viên, sinh viên và những kỹ thuật viên sửa chữa ô tô Chưa

có mô hình trực quan để người học có thể hình dung, học tập.Do vậy việc Thiết kế

mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng CAN là đề tài cần thiết giúp người học tiếp cận với các công nghệ mới, phục vụ cho việc chẩn đoán sửa chữa các hệ thống điện trên xe.Đề tài đã đạt được một số kết quả như sau:

- Đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô

- Thiết kế và chế tạo thành công hộp ECU của hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô Các ECU giao tiếp với nhau bằng giao tiếp CAN

- Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô được chế tạo từ

đề tài có thể dùng để giảng dạy và nghiên cứu về hệ thống truyền dữ liệu CAN trên

ô tô

SUMMARY

Nowadays, A control system is more complexed on automobile CAN (Controller Area Network), roughly translated as "Network ECU" or referred to as the CAN network was born However, the Data transfer system via CAN network is

a rather new system for students and technicians No visual model for learners to be able to visualize and study Thus the teaching model of Data transfer system via CAN networkis essential topics to help students gain access to new technologies, to serve the diagnostic repair electrical systems on the car The thesis has achieved some results as follows:

- Having studied the theoretical basis of the data transfer system via CAN

- Design and fabrication of the ECU box successful The ECU communicate with each other using CAN communication

- The model simulated data transfer systems via CAN is made of threads can

be used for teaching and research

MỤC LỤC

TRANG

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG xii

Chương 1:TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 3

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 4

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 4

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 5

1.4 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu 5

1.4.1Nhiệm vụ của đề tài 5

1.4.2Phạm vi nghiên cứu 5

1.5Phương pháp nghiên cứu 5

Chương 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU CAN TRÊN Ô TÔ 6

2.1Tổng quát về mạng CAN (Controller Area Network) 6

2.2Khái quát về giao thức CAN 8

2.2.1Tổng quát về giao thức CAN 8

2.2.2 Lớp vật lý 12

2.2.2.1Non return zero 12

2.2.2.2Bit Stuffing 12

2.2.2.3Bit Timing 13

2.2.2.4Độ dài của một Bus 13

2.2.2.5Trạng thái “Dominant” và “Recessive” 14

2.2.3Giải quyết tranh chấp trên Bus 16

2.2.4CAN frame 17

2.2.5Nominal Bit Time 21

2.2.6Sự đồng bộ xung clock 24

2.2.7 Truyền nhận message 27

2.2.8 Xử lý lỗi 28

2.2.9 Mạch bảo bệ CAN bus 29

2.2.9.1 Phần cứng 29

2.2.9.2 Đặc tính kỹ thuật của bộ phận thu phát CAN transceiver 34

2.2.9.3 Lựa chọn phương thức bảo vệ CAN bus 37

2.2.9.4 Các mạch bảo vệ CAN bus 38

Chương 3:THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU QUA MẠNG CAN 45

3.1 Các thành phần của mô hình: 45

3.1.1 Cảm biến siêu âm (SRF05) 45

3.1.2 Màn hình LCD 47

3.1.3 Vi điều khiển PIC 18F4580 50

3.2 Thu thập dữ liệu đầu vào của hệ thống 52

3.3 Thiết kế, chế tạo mạch ECU mô phỏng hệ thống truyền dữ liệu CAN 54

3.3.1 Sơ đồ khối và sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN 54

3.3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền dữ liệu CAN 54

3.3.1.2 Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN 55

3.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô 57

3.4 Thử nghiệm, đánh giá kết quả 63

Chương 4:KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 64

4.1 Kếtluận 64

4.2 Đề nghị 64

4.3 Hướng phát triển đề tài 64

PHIẾU GIẢNG DẠY 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAN : (Controller Area Network)

CRC : (Cyclic Redundancy Code)

ECU : (Engine Control Unit)

EMI : (Electromagnetic Interference)

ESD : (Electrostatic Discharge)

ISO : (International Standard Organize)

LCD : (Liquid Crystal Display)

SAE : (Standard of American Engineering)

SOF : (Start Of Frame)

TVS : (Transient Voltage Suppression)

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống CAN (Controller Area Network) trên xe 6

Hình 2.2: Tính ổn định của CAN 7

Hình 2.3: Ứng dụng mạng CAN trong điều khiển ô tô 8

Hình 2.4: Ví dụ về mạng CAN 9

Hình 2.5: Một nút mạng CAN 10

Hình 2.6: Mô hình mạng CAN 11

Hình 2.7: Các lớp layer giao tiếp 11

Hình 2.8: NRZ method 12

Hình 2.9: Kỹ thuật Bit Stuffing 12

Hình 2.10: Giản đồ thời gian 13

Hình 2.11: Tốc độ tỉ lệ nghịch với độ dài Bus 13

Hình 2.12: Điện áp của CAN low speed 15

Hình 2.13: Điện áp của CAN high speed 15

Hình 2.14: Sự kháng nhiễu với ảnh hưởng của điện từ 16

Hình 2.15: Giải quyết tranh chấp trên Bus 17

Hình 2.16: Khung truyền 17

Hình 2.17: CRC field 18

Hình 2.18: Khung truyền dữ liệu CAN 19

Hình 2.19: CAN standard frame 19

Hình 2.20: CAN Extended frame 20

Hình 2.21: CAN remote frame 20

Hình 2.22: CAN error frame 20

Hình 2.23: Baudrate định nghĩa thời gian cho 1 bit 21

Hình 2.24: Mỗi bit được cấu tạo bởi 4 segments 22

Hình 2.25: Cấu trúc của Time Quantum 23

Hình 2.26: Số lượng Time Quanta có thể cho mỗi segment 23

Hình 2.27: Vấn đề đồng bộ 24

Hình 2.28: Chuỗi dịch chuyển độ dài Segment của Nominal Bit Time 25

Hình 2.29: Sơ đồ khối bộ nhận CAN message 27

Hình 2.30: Sơ đồ khối bộ truyềnCAN message 27

Hình 2.31: Các loại lỗi khác nhau 29

Hình 2.32: Cấu trúc 1 mạch CAN BUS 30

Hình 2.33: ISO 11898-2 Differential High-speed CAN bus 32

Hình 2.34: ISO 11898-3 Fault tolerant CAN Bus 33

Hình 2.35: SAE J2411 single wire CAN Bus 34

Hình 2.36: Cách tạo ra 1 diode TVS hai chiều 39

Hình 2.37: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode 39

Hình 2.38: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode 40

Hình 2.39: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode 40

Hình 2.40: Mạch bảo vệ CAN dùng MOVs 41

Hình 2.41: Mạch bảo vệ CAN dùng cuộn cảm 42

Hình 2.43: Mạch bảo vệ CAN dùng mạch kết hợp 44

Hình 2.44: Mạch bảo vệ mạng CAN 1 dây đơn 44

Hình 3.1 Sơ đồ khối mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng CAN 45

Hình 3.2 Cảm biến siêu âm SRF05 46

Hình 3.3 Các chân kết nối của cảm biến 46

Hình 3.4 : Hình dáng của loại LCD thông dụng 47

Hình 3.5 : Sơ đồ chân của LCD 48

Hình 3.6 Sơ đồ chân PIC18F4580 50

Hình 3.7 Cấu trúc bên trong của MCP2551 51

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối với PIC 52

Hình 3.9 Nguyên lý hoạt động của SFR05 53

Hình 3.10: Sơ đồ mạch điện hệ thống truyền dữ liệu CAN trên mô hình 54

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 57

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị 58

Hình 3.13 Mạch giao tiếp CAN 58

Hình 3.14 Mạch các cảm biến 59

Hình 3.15 Mạch các nút nhấn 59

Hình 3.16 Mạch in 60

Hình 3.17 Hình ảnh tổng thể của mô hình 61

Hình 3.18 Hình ảnh bên trong ECU 61

Hình 3.19 Màn hình lúc mới khởi động 62

Hình 3.20 Kết quả hiển thị trên màn hình 62

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Vận tốc – Độ dài – Bit time 14

Bảng 2.2: So sánh CAN low speed và CAN high speed 14

Bảng 2.3: Thời gian của mỗi segment 23

Bảng 2.4: Cơ chế đồng bộ 26

Bảng 2.5: Các tiêu chuẩn của lớp vật lý trong CAN 30

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm 63

Chương 1:

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

Ngày nay một hệ thống điều khiển được chia ra thành nhiều cụm khác nhau

và được điều khiển bởi những máy tính riêng rẽ khác nhau Do đó số lượng dây dẫn

và các cảm biến ngày càng tăng, dẫn đến việc chẩn đoán sữa chữa gặp nhiều khó khăn Chính những điều này đã thúc đẩy cho sự ra đời của một số hệ thống mạng

điều khiển, trong đó có mạng CAN CAN là viết tắt của Controller Area Network, tạm dịch là “Mạng ECU” hay gọi tắt là mạng CAN, là 1 công nghệ mạng ghép nối

tiếp, được phát triển bởi Robert Bosch GmbH vào những năm đầu của thập niên

1980 Vào thời gian đầu, mạng CAN được sử dụng rộng rãi trong nền công nghiệp

tự động hóa và các ứng dụng trên xe hơi, xe tải và cho đến ngày nay thì mạng CAN

cũng đã thể hiện được tính ưu việt của nó trong các lĩnh vực khác như hàng không,

vũ trụ, y học cho tới các thiết bị sử dụng cho gia đình như: máy giặt, máy sấy….Mạng CAN có lợi thế là 1 hệ thống kênh ghép nối tiếp sẽ lược bớt đi dây dẫn, tăng cường khả năng điều khiển, giảm bớt số lượng cảm biến, phát hiện lỗi dễ dàng, thuận tiện trong việc chẩn đoán và sữa chữa

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Các hãng ôtô hàng đầu Mỹ Nhật đã đầu tư nhiều triệu USD để áp dụng mạng CAN trên ôtô của họ

Hầu như mọi nhà sản xuấtchip lớn như: Intel, NEC, Siemens, Motorola, Maxim IC, Fairchild, Microchip, Philips, Texas Instrument, Mitsubishi, Hitachi, STmicro đều có sản xuất ra chip CAN

+ Robert Bosch GmbH, “ CAN Specification 2.0”, Sep 1991

Bài viết về đặc điểm kỹ thuật của CAN

+ Vivekanandan., B., Sabane, M., and Murali, K., "Configurable Vehicle Networks," SAE Technical Paper 2003-28-0012

Bài viết này đề cập đến sự phát triển của các mạng liên kết trên ô tô, các tiêu chuẩn cho các mạng liên kết này Bài viết cũng chỉ ra rằng trong những năm gần đây các ECU được kết nối qua mạng thông tin đa dẫn, các mạng thường sử dụng là CAN như là đường truyền chính và LIN như là đường truyền phụ kết nối với nhau thông qua cổng (Gateway)

+ Mathony, H., Kaiser, K., and Unruh, J., "Network Architecture for CAN," SAE Technical Paper 930004, 1993

Bài viết nói về cấu trúc mạng CAN, nó bao gồm một kết cấu các lớp thông tin liên lạc và một bộ phận quản lý mạng Kết cấu các lớp thông tin này bao gồm các thiết bị có chức năng phân phối, truyền tải dữ liệu và giao diện ứng dụng Những môđun của hệ thống hỗ trợ thiết kế thông tin liên lạc và phần mềm quản lý mạng với nhiều hay ít đặc điểm chức năng theo yêu cầu của ứng dụng Phương pháp tiếp cận này cho phép một sự thích ứng tối ưu hóa của hệ thống mạng đến yêu cầu ứng dụng

+ Alvarenga, C., "Multiplexing in Automobiles - An Application Example of the CAN Protocol," SAE Technical Paper 921504, 1992

Bài viết giới thiệu công nghệ truyền thông cho phép truyền và nhận phản hồi thông tin trên xe hơi, sử dụng những đặc điểm tương tự với mạng cục bộ dùng vi điều khiển Dạng công nghệ này thường được biết đến như công nghệ ghép kênh (multiplexing) trên ô tô Bài viết đưa ra chi tiết nghiên cứu hệ thống ghép kênh dùng giao thức CAN, cách thức này được đánh giá khả quan trên các dự án xe hơi ở Brazin

+ Wang Xing, Huiyan Chen và Huarong Ding, “The Application of CAN on vehicle”, Beijing Institute of Technology Vehicle Engineering College, Beijing

100081, China

Bài báo chỉ ra các đặc điểm nổi bật của mạng CAN và so sánh với mạng BITBUS- được phát triển bởi Intel Chỉ ra ứng dụng CAN trên xe Jaguar, ứng dụng trên hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe điện, ứng dụng cho việc điều khiển hệ thống treo dựa trên CAN

+ K.Tindell, A.Burnsand và A.J.Wellings, “ Calculating Controller Area Network Message Response”, Control Eng Practice, Vol.3,pp.1163-1169, Copyright 1995 Elsevier Science Ltd, UK

Bài viết cho thấy thời gian đáp ứng khi truyền một thông điệp nhất định trong mạng CAN, đưa ra bảng kết quả thực nghiệm về thời gian truyền của các thông điệp khác nhau

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Cùng với sự phát triển công nghệ ô tô trên thế giới ngành công nghệ ô tô trong nước cũng có những bước tiến nhất định với khởi đầu là những công trình nghiên cứu trong các trường Đại học của sinh viên, kỹ sư Sau đây là một số đề tài điển hình:

+ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán OBD-2 - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu (07105033) – Bùi Văn Hoàng (07105037) - Luận văn

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM

Nội dung đề tài:

- Hình thành cơ sở lý thuyết về máy chẩn đoán OBD-2 sử dụng chuẩn giao tiếp CAN

- Chế tạo mô hình máy chẩn đoán OBD-2 chuẩn giao tiếp CAN sử

dụng giao diện LabVIEW

+ Hệ thống CAN (Controller Area Network) - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chí Công (MSSV: 09305004) - Nguyễn Văn Minh (MSSV: 09305031) - Luận văn

GIANG – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM

Nội dung đề tài:

- Giới thiệu về hệ thống mạng CAN

- Cấu trúc về thông điệp của hệ thống mạng CAN

- Phương thức truyền dữ liệu của CAN ứng dụng trên ô tô

- Hệ thống CAN BUS và hệ thống xử lý

- Ứng dụng của hệ thống CAN trên ô tô

+ Viết chuyên đề các hệ thống mới trên hệ thống điều khiển động cơ và ôtô - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Sĩ Phước (MSSV: 04105089) - Lâm Đình Thuận (MSSV: 04105125) - Luận văn đại học tháng 03 năm 2009, Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM

Nội dung đề tài:

- Hệ thống thông tin đa dẫn MPX

- Hệ thống mạng điện thân xe BEAN

- Hệ thống mạng ECU CAN

- Hệ thống mạng kết nối nội bộ khu vực LIN

- Hệ thống mạng điều khiển thiết bị âm thanh AVC-LAN

- Hệ thống mã hóa khóa động cơ ôtô IMMOBILIZER SYSTEM

+ Hệ thống truyền dữ liệu Multiplex và CAN trên ô tô – Học viên thực hiện:

Vũ Thị Thu Hiền – Luận văn Thạc sĩ năm 2013, Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS

Nội dung đề tài:

- Cơ sở lý thuyết của hệ thống truyền dữ liệu Multiplex và CAN trên

ô tô

- Thiết kế chế tạo mô hình mô phỏng hoạt động truyền dữ liệu giữa ECU điều khiển tốc độ motor quạt làm mát động cơ và ECU điều khiển góc mở của motor servo trộn khí dựa trênvi điều khiển Atmega16

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu cấu trúc một thông điệp trong CAN (mạng điều khiền vùng),

và chuẩn giao tiếp CAN

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, cách lập trình vi điều khiển, để làm nền tảng cho việc chế tạo mô hình

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu các loại hệ thống truyền dữ liệu

- Nghiên cứu chuẩn giao tiếp CAN

- Nghiên cứu mạch vi điều khiển họ PIC18F

1.4 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài

Những năm đầu thập niên 90 hệ thống truyền dữ liệu qua mạng CAN ra đời đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện trong xe, với tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất thấp Từ năm 2007 tất cả các loại xe ôtô nhập vào Mỹ bắt buộc phải dùng mạng CAN

Tại thị trường Việt Nam hiện nay các xe mới của hãng Huyndai, ToYoTa, … cũng dùng mạng CAN Tuy vậy, hệ thống truyền dữ liệu qua mạng CAN trên ô tô là một hệ thống còn khá mới mẻ đối với học viên, sinh viên và những kỹ thuật viên sửa chữa ô tô Tài liệu bằng tiếng Việt về hệ thống truyền dữ liệu ở Việt Nam còn rất ít, do đó rất khó khăn trong việc tìm hiều và sửa chữa hệ thống này

Đề tài này có nhiệm vụ tìm hiều cơ sở lý thuyết của hệ thống truyền dữ liệu qua mạnh CAN trên ô tô Phân tích hoạt động của hệ thống truyền dữ liệu trên một

ô tô cụ thể từ đó thiết kế chế tạo mô hình dùng trong giảng dạy Do vậy việc Thiết

kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng CAN là đề tài cần thiết giúp sinh viên và các học viên tiếp cận hơn với các công nghệ mới, phục vụ cho việc chuẩn đoán sửa chữa các hệ thống điện trên xe

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài giới hạn nghiên cứu hệ thống truyền dữ liệu CAN trên xe và chế tạo

mô hình hệ thống truyền dữ liệu CAN điều khiển hệ thống tín hiệu, hỗ trợ lùi

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu, tổng hợp tài liệu

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp lập trình vi điều khiển

- Phương pháp thiết kế, chế tạo mạch

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU

CAN TRÊN Ô TÔ

2.1Tổng quát về mạng CAN(ControllerArea Network)

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống CAN (Controller Area Network) trên xe

Controller Area Network (CAN) là giao thức giao tiếp nối tiếp hỗ trợ mạnh cho những hệ thống điều khiển thời gian thực phân bố (Distributed Realtime Control System) với độ ổn định, bảo mật và chống nhiễu cực tốt

CAN lần đầu tiên được phát triển bởi nhà cung cấp phụ tùng xe ô tô của Đức – Robert Bosch vào giữa những năm 80 Để thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng trong vấn đề an toàn và tiện nghi và làm giảm bớt khí thải ô nhiễm và tiêu thụ năng lượng, ngành công nghiệp ô tô đã phát triển rất nhiều hệ thống điện tử Với mục đích chính là làm cho những hệ thống phức tạp này trở nên an toàn, ổn

định và tiết kiệm nhiên liệu mà vẫn có thể giảm thiểu việc đi dây chằng chịt, đơn giản hóa hệ thống và tiết kiệm chi phí sản xuất, mạng CAN đã được ra đời

Ngay từ khi mới ra đời, CAN đã được chấp nhận và ứng dụng một cách rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, chế tạo ô tô Qua thời gian, CAN ngày càng trở nên thông dụng hơn vì tính hiệu quả, ổn định, đơn giản và chi phí thấp.Nó được sử dụng trong việc truyền dữ liệu lớn, tốc độ cao, ổn định và đáp ứng thời gian thực trong nhiều môi trường khác nhau Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong rất nhiều các ngành công nghiệp khác nhau bên cạnh ngành công nghiệp ô tô như máy nông nghiệp, tàu ngầm, dụng cụ y khoa, máy dệt, v.v…

Ngày nay, CAN đã được chuẩn hóa thành tiêu chuẩn ISO 11898 Hầu như mọi nhà sản xuất chip điện tử lớn như Intel, NEC, Siemens, Motorola, Maxin IC, Fairchild, Microchip, Philips, Mitsubishi, Hitachi, ST Micro, v.v… đều có sản xuất

ra chip CAN, hoặc có tích hợp CAN vào thành phần ngoại vi của vi điều khiển Việc thực hiện chuẩn CAN trở nên cực kì đơn giản nhờ sự hỗ trợ của các nhà sản xuất chip đó

Điểm nổi trội nhất ở chuẩn CAN là tính ổn định và an toàn (reliability and safety) Nhờ cơ chế phát hiện và xử lý lỗi cực mạnh, lỗi CAN messages hầu như được phát hiện Theo thống kê, xác suất để một message của CAN bị lỗi không được phát hiện là:

Hình 2.2: Tính ổn định của CAN

Ví dụ cho rằng, giả sử cứ 0.7s thì môi trường tác động lên đường truyền CAN làm lỗi 1 bít, và giả sử tốc độ truyền là 500 Kbit/s, hoạt động trong 8h/ngày và

365 ngày/năm thì trong vòng 1000 năm, trung bình sẽ có 1 frame lỗi bị lỗi mà không được phát hiện

Miền ứng dụng của CAN trải rộng (from high speed network to low cost multiflex wiring): hệ thống điện ô tô, xe tải, hộp điều khiển động cơ (Engine control units), sennsor, PLC communication, thiếtbị y tế… Ngày nay, CAN đã có vị trí chiếm lĩnh trong ngành công nghiệp ô tô Trong những chiếc xe đời mới thường có một mạng CAN high speed để điều khiển động cơ và phanh…một mạng CAN low speed dùng để điều khiển những thiết bị khác như kiếng chiếu hậu, đèn…

Hình 2.3: Ứng dụng mạng CAN trong điều khiển ô tô

Chuẩn Field Bus Divice net, CAN open, J1939 thường dùng trong công nghiệp chính là chuẩn CAN mở rộng với Physixcal layer và MAACsub layer của các chuẩn này là CAN

2.2 Khái quát về giao thức CAN

2.2.1Tổng quát về giao thức CAN

Chuẩn đầu tiên của CAN là chuẩn ISO 11898-2 định nghĩa các tính chất của CAN High Speed

Một ví dụ về mạng CAN trong thực tế:

là 132 Ohm) ở mỗi đầu

Mạng CAN được tạo thành bởi một nhóm các Nodes Mỗi Node có thể giao tiếp với bất kỳ Nodes nào khác trong mạng Việc giao tiếp được thực hiện bằng việc truyền đi và nhận các gói dữ liệu – gọi là thông điệp Mỗi loại thông điệp trong mạng CAN được gán cho một ID – số định danh – tùy theo mức độ ưu tiên của thông điệp đó

Hình 2.5: Một nút mạng CAN

Mạng CAN thuộc loại Message Base System, khác với Address Base System, mỗi loại thông điệp được gán một ID Những hệ thống Address Base System thì mỗi Node được gán cho một ID Message Base System có tính mở hơn

vì khi thêm hoặc bớt một Node hay thay một nhóm Node phức tạp hơn không làm ảnh hưởng đến cả hệ thống Có thể có vài Node nhận và cùng thực hiện một nhiệm

vụ Hệ thống điều khiển phân bố dựa trên mạng CAN có tính mở, dễ dàng thay đổi

mà không cần phải thiết kế lại toan bộ hệ thống

Mỗi Node có thể nhận nhiều loại thông điệp khác nhau, ngược lại, một thông điệp có thể được nhận bởi nhiều Nodes và công việc được thực hiện một cách đồng

bộ trong hệ thống phân bố

ID của thông điệp phụ thuộc vào mức độ ưu tiên của thông điệp Điều này cho phép phân tích thời gian đáp ứng của từng thông điệp Ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế hệ thống nhúng thời gian thực Trước khi có mạng CAN, lựa chọn duy nhất cho mạng giao tiếp trong hệ thống thời gian thực là mạng Token Ring chậm chạp

Hình 2.6: Mô hình mạng CAN

Tiêu chuẩn ISO 11898 định nghĩa hai lớp Physical layer và Data Link layer Lớp Physical layer định nghĩa cách biểu diễn/thu nhận bit 0, bit 1, cách định thời gian và đồng bộ hóa

Lớp Data Link layer được chia làm hai lớp nhỏ là Logical Link Control (LLC) và Medium Access Control (MAC): định nghĩa frame truyền và những nguyên tắc xử lý để tránh trường hợp cả hai messages cùng truyền đồng thời

Hình 2.7: Các lớp layer giao tiếp

Ngoài ra, chuẩn CAN còn định nghĩa nhiều cơ chế khác để kiểm tra lỗi, xử lý lỗi Cơ chế kiểm tra và xử lý lỗi chia làm 5 loại lỗi: Bit Error, Stuff Error, CRC Error, Form Error và ACK Error

2.2.2 Lớp vật lý

2.2.2.1Non return zero

Mỗi bit trong mạng CAN được mã hóa bằng phương pháp None–return–to–zero (NRZ method) Trong suốt quá trình của một bit, mức điện áp của dây được giữ nguyên, có nghĩa là, trong suốt quá trình một bit được tạo, giá trị của nó giữ không đổi

Hình 2.8: NRZ method

2.2.2.2Bit Stuffing

Một trong những ưu điểm của các mã hóa NRZ là mức của bit được giữ trong suốt quá trình của nó Điều này tạo ra vấn đề về độ ổn định nếu một lượng lớn bit giống nhau nối tiếp Kỹ thuật Bit Stuffing áp đặt tự động một bit có giá trị ngược lại khi nó phát hiện 5 bit liên tiếp trong khi truyền

Hình 2.9: Kỹ thuật Bit Stuffing

2.2.2.3Bit Timing

Ta định nghĩa thời gian đơn vị nhỏ nhất là Time Quantum Thời gian cơ bản này

là một phân số của thời gian dao động của Bus Một bit khoảng 8 đến 25 quanta

Hình 2.10: Giản đồ thời gian

2.2.2.4Độ dài của một Bus

Độ dài của một Bus phụ thuộc vào những thông số sau:

• Độ trễ lan truyền trên đường dây của Bus

• Sự khác nhau của thời gian Time Quantum (vì sự khác nhau của xung Clok trong các nút)

• Biên độ tín hiệu thay đổi theo điện trở của cáp và tổng trở vào các nút

Hình 2.11: Tốc độ tỉ lệ nghịch với độ dài Bus

Bảng 2.1: Vận tốc – Độ dài – Bit time

Cần chú ý rằng bất cứ Module nào kết nối vào một Bus CAN phải được hỗ trợ với tốc độ tối thiểu là 20Kbit/s Để sử dụng Bus có độ dài hơn 200m, cần thiết phải sử dụng một Optocoupleur, và để sử dụng Bus dài hơn 1km, phải cần một hệ thông kết nối trung gian như Repeater hoặc Bridge

2.2.2.5Trạng thái “Dominant” và “Recessive”

Ở lớp vật lý, Bus CAN định nghĩa hai trạng thái là “dominant” và

“recessive”, tương ứng với hai trạng thái là 0 và 1 Trạng thái “dominant” chiếm ưu thế hơn so với trạng thái “recessive” Bus chỉ ở trạng thái “recessive” khi không có Node nào phát đi trạng thái “dominant” Điều này tạo ra khả năng giải quyết tranh chấp khi nhiều hơn một Master cùng muốn chiếm quyền sử dụng Bus

Bởi tính chất vật lý của Bus, cần thiết phải phân biệt 2 dạng truyền:

- Truyền CAN lowspeed

- Truyền CAN highspeed

Bảng 3.1 sau tổng kết những tính chất cơ bản khác nhau giữa 2 dạng, đặc biệt là tốc độ:

Bảng 2.2: So sánh CAN low speed và CAN high speed

Hình 2.12: Điện áp của CAN low speed

Hình 2.13: Điện áp của CAN high speed

Vì tính chất vi sai trên đường truyền tín hiệu của Bus CAN, sự miễn trừ tác động điện từ được đảm bảo vì 2 dây của Bus đều bị tác động như nhau cùng một lúc bởi tín hiệu nhiễu

Hình 2.14: Sự kháng nhiễu với ảnh hưởng của điện từ

2.2.3Giải quyết tranh chấp trên Bus

Phương thức giao tiếp của Bus CAN là sự phát tán thông tin (Broadcast): Mỗi điểm kết nối và mạng thu nhận frame truyền từ nút phát Sau đó, mỗi nút sẽ quyết định việc xử lý message, có trả lời hay không, có phản hồi hay không… Cách thức này giống như sự phát thông tin về đường đi, người lái xe có thể thay đổi lộ trình, dừng xe hay thay đổi tài xế hoặc không làm gì…

Giao thức CAN cho phép các nút khác nhau đưa dữ liệu cùng lúc vào một quá trình nhanh chóng, ổn địnhc của cơ chế xử lý sẽ xác định xem nút nào được phát hiện đầu tiên

Để xử lý thời gian thực, dữ liệu phải được truyền nhanh Điều này ảnh hưởng không chỉ đường truyền vật lý cho phép tới 1Mbit/s, mà còn đòi hỏi một sự cấp phát nhanh Bus trong trường hợp xung đột, khi mà rất nhiều nút muốn truyền đồng thời Khi trao đổi dữ liệu trên Bus, thứ tự sẽ được xác định dựa vào loại thông tin Ví dụ, các giá trị hay biến đổi nhanh, như trạng thái của một cảm biến, hay phản hồi của một động cơ, phải được truyền liên tục với độ trễ thấp nhất, hơn là các giá trị khác như nhiệt độ của động cơ, các giá trị thay đổi ít Trong mạng CAN, phần ID của mỗi thông điệp, là một từ gồm 11 bit (Version 2.0A) xác định mức ưu tiên Phần ưu tiên này nằm ở đầu mỗi thông điệp Mức ưu tiên xác định bởi 7 bit cho version 2.0A, tới 127 mức và mức 128 là 0000000 theo NMT (Network Mangement)

Quy trình xử lý của Bus dựa trên phân giải từng bit, theo những nút đang tranh chấp, phát đồng thời trên Bus Nút nào mức ưu tiên thấp hơn sẽ mất sự canh tranh với nút ưu tiên cao

Hình 2.15: Giải quyết tranh chấp trên Bus

Chi tiết các phần khác nhau trong một khung truyền dữ liệu:

Start Of Frame: Nằm ở phần đầu của một Frame dữ liệu hay Remote

Frame, luôn ở trạng thái dominant Một nút có thể bắt đầu truyền dữ liệu nếu Bus rảnh Sau đó tất cả các nút đều đồng bộ sau SOF của nút bắt đầu truyền

CRC field:

Hình 2.17: CRC field

CRC Field: Bao gồm một chuỗi 15 bits và CRC Delimiter (là 1 bit recessive)

Một chuỗi CRC (Cyclic Redundancy Code) cho phép kiểm tra sự nguyên vẹn của dữ liệu truyền Tất cả các nút nhận phải thực hiện quy trình kiểm tra này Chỉ vùng SOF, vùng tranh chấp, vùng điều khiển và vùng dữ liệu được sử dụng để tính toán chuỗi CRC Trên thực tế, độ dài cực đại của Frame không vượt quá 215bits cho một chuỗi CRC 15 bits

Trình tự tính toán:

- Các bit vừa nêu (trừ các bit Stuffing thêm vào), bao gồm các bits từ đầu Frame đến cuối vùng dữ liệu (cho Frame dữ liệu) hay cuối vùng điều khiển (cho Remote Frame) được coi như một hàm f(x) với hệ số là 0 và

1 theo sự hiện diện số lượng của mỗi một bit Đa thức nhận được sẽ nhân với x15 sau đó chia cho hàm gx = x15 + x14 + x10 + x8 + x7 + x4 +

x3 + 1 Chuỗi bit tương ứng với hàm này là: 1100010110011001

- Số dư của phép chia module [2] hàm fx cho gx sẽ tạo thành chuỗi CRC

15 bits

- Nếu sai số CRC được phát hiện khi kết quả gửi đi khác với kết quả nhận được thì bên nhận sẽ gửi đi một message lỗi dưới dạng Request Frame

ACK Field

Gồm 2 bit: ACK slot và ACK Delimiter (là 1 bit recesive)

- Một nút đang truyền sẽ gửi một bit recesive trong ACK slot

- Một nút nhận đúng message thông báo cho nút truyền sẽ gửi 1 bit dominant trong ACK slot

Data Frame: Dùng để truyền đi một message Có hai dạng: Standard Frame

và Extended Frame

Hình 2.18: Khung truyền dữ liệu CAN

Standad Frame: Bắt đầu bằng 1 bit Start Of Frame (SOF) luôn ở trạng thái

dominant, 11 bit ID tiếp theo, 1 bit Remote Transmit Request (RTR) để phân biệt Remote Frame và Data Frame nếu bằng dominant nghĩa là Data Frame, nếu bằng recessive nghĩa là Remote Frame Tiếp đến là 1 bit Identifier Extension (IDE) để phân biệt giữa Standard Frame (“dominant”) và Extended Frame (“recessive”) Tiếp theo là 1 bit r0 luôn ở trạng thái dominant Tiếp đến là 3 bit Data Length Control cho biết số lượng byte data của Frame Tiếp đến là 0 đến 8 bytes data Tiếp đến là

15 bit CRC và 1 bit CRC delimiter Tiếp đến là 1 bit Acknowledge và 1 bit delimiter, tiếp theo là 7 bits End Of Frame luôn ở trạng thái recessive Cuối cùng là khoảng cách tối thiểu giữa 2 Frame truyền Inter-Frame Space (IFS)

Hình 2.19: CAN standard frame

Extended Frame: Gần giống như Standard Frame, và có 29 bits ID:

Hình 2.20: CAN Extended frame

Remote Frame: Dùng để yêu cầu truyền Data Frame tới một nút khác Gần

giống Data Frame nhưng có DLC = 0 và không có Data Field

Hình 2.21: CAN remote frame

Error Frame: Được phát ra khi Node phát hiện lỗi

Hình 2.22: CAN error frame

Frame lỗi bao gồm 2 phần:

- Cờ lỗi

- Phần demimiter

Overload Frame: Dùng khi Frame bị tràn bộ đệm

2.2.5Nominal Bit Time

Là độ dài của một bit trên Bus Mỗi nút trên Bus phải điều chỉnh nhịp cùng với Nominal Bit Time để có thể phát và nhận chính xác dữ liệu trên Bus

Hình 2.23: Baudrate định nghĩa thời gian cho 1 bit

Chuẩn BOSCH mô tả thành phần của Nominal Bit Time, được chia ra thành nhiều đoạn (Segment):

- Đoạn đồng bộ (SYNC_SEG)

- Đoạn lan truyền (PROG_SEG)

- Đoạn pha buffer 1 (PHASE_SEG1)

Đoạn pha buffer 2 (PHASE_SEG2).

Hình 2.24: Mỗi bit được cấu tạo bởi 4 segments

Nominal Bit Time, tính theo giây, là nghịch đảo của dung lượng trên Bus:

2.2.5.1 Các segment khác nhau

Segment đồng bộ: Sử dụng để đồng bộ các nút khác nhau trên Bus Một chuyển trạng thái (từ 0 xuông 1) phải được thực hiện trong phần này để cho phép đồng bộ xung nhịp lại của những nút khác nhau trong khi nhận Frame

- Segment lan truyền: Được sử dụng để bù trừ thời gian lan truyền trên Bus

- Segment bộ đệm pha 1 và 2: Sử dụng để bù trừ lỗi của pha xác định khi truyền Chúng ta sẽ thấy các Segment thay đổi dài ngắn vì hiện tượng đồng

bộ lại (Resynchronisation)

2.2.5.2Khoảng thời gian khác nhau của các Segment và Time Quantum

Time Quantum: Là một đơn vị thời gian tạo thành từ chu kỳ dao động nội của mỗi nút Time Quantum gồm rất nhiều xung clock đồng bộ dao động Chu kỳ xung clock được gọi là Minimum Time Quantum Giá trị pre – scale là m thì:

Giá trị của m có thể dao động từ 1 đến 32

Hình mô tả cấu trúc của Time Quantum từ chu kỳ xung clock nội của một nút:

Hình 2.25: Cấu trúc của Time Quantum

Trong ví dụ trên thì m bằng 2

Thời gian của mỗi Segment:

Bảng 2.3: Thời gian của mỗi segment

Số Time Quanta trong mỗi Nominal Bit Time thay đổi từ 8 đến 25

Hình đưa ra số lượng Time Quanta có thể cho mỗi Segment của Nominal Bit Time:

Hình 2.26: Số lượng Time Quanta có thể cho mỗi segment

Sự lựa chọn số lượng Time Quanta cho mỗi Segment phụ thuộc vào tần số của bộ dao động Một lượng lớn Time Quanta cho Segment sẽ tăng tính chính xác của sự đồng bộ các nút trong Bus

2.2.6Sự đồng bộ xung clock

Mỗi nút phải tạo ra một thời gian danh nghĩa Bit Time để có thể nhận và phát

dữ liệu xuống Bus với sự đồng bộ các nút khác Thực tế, nếu Nominal Bit Time của mỗi nút không được đồng bộ với nhau, giá trị đọc từ Bus tại thời điểm lấy mẫu có thể không là giá trị đúng với thời điểm mong muốn Độ trễ này có thể làm ảnh hưởng trong nút nhân Frame, khi mà có ít thời gian tính toán CRC và gửi 1 bit

dominant trong ACK Slot để xác nhận rằng Frame đã đúng

Hình 2.27: Vấn đề đồng bộ

2.2.6.1 SJW

SJW điều chỉnh một bit clock đi 1 – 4 TQ (được khởi tạo trước trong thanh ghi và không đổi trong quá trình hoạt động) để thực hiện việc đồng bộ với thông điệp truyền

• e = 0 khi sự thay đổi bit xảy ra bên trong Segment đồng bộ (SYN_SEG)

• e > 0 khi sự thay đổi bit xảy ra trước thời điểm lấy mẫu

• e < 0 khi sự thay đổi bit xảy ra sau thời điểm lấy mẫu

Cơ chế trên phục vụ cho việc đồng bộ lại những Nominal Bit Time khác nhau của mỗi nút trên Bus Cơ chế đồng bộ này cũng áp dụng cho sự chuyển bit recessive sang dominant hay ngược lại khi có 5 bits liên tiếp cùng loại theo cơ chế Bit – Stuffing

Lỗi pha e tính toán so với thời điểm lất mẫu để xác định PHASE_SEG 1 phải dài hơn hay PHASE_SEG 2 phải ngắn đi để lần chuyển trạng thái bit tiếp theo sẽ vào Segment đồng bộ

Hình đưa ra chuỗi dịch chuyển độ dài của segment của Nominal Bit Time:

Hình 2.28: Chuỗi dịch chuyển độ dài Segment của Nominal Bit Time

2.2.6.3 Cơ chế đồng bộ

Đồng bộ cứng (Hard Synchronization): Chỉ xảy ra khi chuyển cạnh bit đầu

tiên từ recessive thành dominant (logic “1” thành “0”) khi Bus rảnh, báo hiệu 1 Start Of Frame (SOF)

Đồng bộ cứng làm cho bộ đếm bit timing khởi động lại, gây nên một chuyển

cạnh trong SYN_SEG Tại thời điểm này, mọi nút nhận sẽ đồng bộ với nút phát

Đồng bộ cứng chỉ xảy ra một lần trong suốt message Và đồng bộ lại có thể không xảy ra trong cùng một bit (SOF) khi mà đồng bộ cứng đang xảy ra

Tác đồng bộ (Resynchronization): Được thực hiện để bảo toàn sự đồng bộ

đã thực hiện bởi đồng bộ cứng Thiếu đồng bộ lại, nút nhận không thể có được sự đồng bộ vì sự lệch pha của các dao động tại mỗi nút

Sự tính toán và mức độ đồng bộ lại được đưa ra từ giá trị sai số pha e, và cũng phụ thuộc và giá trị SJW:

- Nếu sai số pha e bằng 0 (e = 0, chuyển cạnh trong SYN_SEG), cơ chế đồng bộ lại cũng như đồng bộ cứng

- Nếu sai số pha e dương và bé hơn giá trị tuyệt đối SJW (0<e<SJW), PHASE_SEG1 sẽ kéo dài thêm một đoạn e

- Nếu sai số âm nhưng nhỏ hơn giá trị SJW về tuyệt đối (e<0 và

|e|<SJW), PHASE_SEG2 sẽ ngắn lại một đoạn e

- Nếu sai số pha e dương và lớn hơn hay bắng SJW (e>0 và e>SJW), PHASE_SEG1 sẽ kéo dài thêm một đoạn SJW

- Cuối dùng, nếu sai số pha e âm nhưng lớn hơn giá trị SJW về tuyệt đối (e<0 và |e|>SJW), PHASE_SEG2 sẽ ngắn lại một đoạn SJW Bảngsau tóm tắt kết quả của cơ chế trên:

Bảng 2.4: Cơ chế đồng bộ

2.2.7 Truyền nhận message

Hình 2.29: Sơ đồ khối bộ nhận CAN message

Hình 2.30: Sơ đồ khối bộ truyềnCAN message

2.2.8 Xử lý lỗi

Khi truyền một Frame trên Bus, lỗi truyền có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các nút trên Bus Lỗi có thể đến từ một nút, làm cho mạng không còn hoạt động chính xác Vì vậy, nhiều cách phát hiện lỗi được sử dụng trong CAN

Các loại lỗi:

Bit Error: Mỗi khi nút truyền gửi một bit xuống Bus, nó kiểm tra xem mức

điện áp trên Bus có đúng với bit cần gửi không Nếu không đúng, nó sẽ báo hiệu bằng một Bit Error Tuy nhiên, Bit Error sẽ không báo hiệu trong những trường hợp sau:

- Không có Bit Error nào được tác động khi một bit dominant được gửi trong vùng ID thay thế cho một bit recessive Cũng như vậy, trong vùng ACK Slot, thay cho một bit recessive

- Một nút phải gửi một cờ lỗi (bit recessive) và nhận bit dominant , không cần phải báo hiệu Bit Error

Lỗi Stuffing (Stuff Error): Một lỗi Stuffing được phát hiện trong mỗi lần

có 6 bit (hay nhiều hơn) liên tục trên một đường dây của Bus

Tuy nhiên, lỗi Stuffing sẽ không báo trong vùng ID, vùng điều khiển và vùng CRC Cơ chế Bit Stuffing không áp dụng sau CRC Trong mọi trường hợp, lỗi Bit Stuffing sẽ không báo trong đoạn kết thúc của Frame hay tronh vùng ACK

Lỗi Cyclic Redundancy (CRC Error):

Nếu giá trị CRC tính toán bởi nút nhận không giống với giá trị gửi đi bởi nút

phát, sẽ có một lỗi CRC (CRC Error)

Lỗi ACK Delimiter:

Một lỗi ACK Delimiter được báo khi nút nhận không thấy một bit recessive

trong vùng ACK Delimiter hay trong vùng CRC Delimiter

Lỗi Slot ACK (ACK Error)

Một lỗi Slot ACK được báo bởi nút phát khi nó không đọc thất bit dominant trong vùng Slo ACK

Hình tổng hợp những loại lỗi khác nhau trong từng phần của một message:

Hình 2.31: Các loại lỗi khác nhau

2.2.9 Mạch bảo bệ CAN bus

Hệ thống CAN được thiết kế có khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt Các nhà thiết kế gặp rất nhiều thử thách khó khăn trong việc đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe về sự nhiễu điện từ Electromagnetic Interference (EMI) và sự phóng điện tĩnh điện Electrostatic Discharge (ESD) và gia tăng độ tin cậy, đồng thời giảm kích thước và giá thành sản phẩm Nhiều những CAN transceivers thế hệ thứ 2 có thể đáp ứng được các cuộc kiểm tra vượt áp tức thời nhưng là ở mức thấp nhất cho phép Tuy nhiên, mức chịu đựng sự vượt áp tức thời này có thể gia tăng 1 cách dễ dàng bằng cách sử dụng thêm 1 mạch bảo vệ EMI/EDS bên ngoài Các mạch bảo vệ CAN bus làm tăng tính tin cậy cho các máy tính trong hệ thống CAN mà không làm gia tăng sự phức tạp của mạch bộ phận thu nhận (transceiver circuit), đồng thời cũng không làm gia tăng giá cả sản phẩm Các thuộc tính của các mạch bảo vệ CAN bus thông dụng được phân tích sử dụng các bộ phận lọc riêng biệt, các cuộn cảm kháng thông dụng và các thiết bị dập điện áp tức thời Transient Voltage Suppression (TVS)

thu nhận CAN transceiver Đặc trưng trong sự kết nối trong giao thức CAN đó là được thực hiện với 1 CAN transceiver IC cung cấp khả năng nhận và truyền thông điệp trên bus Bảng 2.5 cung cấp tóm tắt các tiêu chuẩn cùa lớp vật lý được định rõ bởi tiêu chuẩn ISO và SAE định rõ các đặc tính về điện của các CAN transceiver

Hình 2.32: Cấu trúc 1 mạch CAN BUS

Bảng 2.5: Các tiêu chuẩn của lớp vật lý trong CAN

Các nhà thiết kế hệ thống có thể tạo ra 1 mạng CAN bằng cách sử dụng một lớp vật lý của giao thức tốc độ cao (high - speed) hay dây đơn (single wire) hay bỏ qua lỗi (fault tolerant) Nhiều những ứng dụng của CAN được xây dựng bằng cách kết hợp 3 tiêu chuẩn chính này của lớp vật lý Ví dụ như trên nhiều xe, hệ thống truyền lực sẽ sử dụng differential bus tốc độ cao 1.0 Mbits/s, trong khi các hệ thống

có các chức năng phụ như điều chỉnh gương chiếu hậu sử dụng loại differential bus thứ 2 là 125 kbits/s hay bus 1 dây (single wire bus)

CAN tốc độ cao

Tiêu chuẩn ISO 11989 - 2 cho differential bus tốc độ cao là giao thức CAN phổ biến nhất sử dụng cho bộ truyền động Một giao thức khác rất tốt cho các ứng dụng tốc độ cao (1.0 Mbits/s) và tốc độ trung bình (125 kbits/s) đòi hỏi phải truyền

đi 1 lượng lớn dữ liệu Một differential bus cũng có thể cung cấp khả năng miễn nhiễm tiếng ồn do thuộc tính hạn chế tiếng ồn vốn có được tạo bằng cách sử dụng 1 sợi cáp được bảo vệ với 1 đôi dây xoắn lại với nhau và 1 bộ nhận tín hiệu (receiver) với 1 bộ khuếch đại khác (diffenrential amplifier)

Bus theo tiêu chuẩn ISO 11898-2 bao gồm đường dây CAN_H (high) và CAN_L (low) và một tín hiệu nối đất chung Một điện trở giới hạn 120 Ω được sử dụng ở mỗi đầu của bus để hạn chế nhỏ nhất các sự phản xạ (reflection) và tạo cho sóng điện áp được rõ ràng hơn Các trạng thái logic của các bit được xác định bởi sự chênh lệch điện áp giữa các tín hiệu của CAN_H và CAN_L Trong hầu hết các hệ thống, trạng thái lặn tương ứng với logic ‘1’, trong khi đó logic ‘0’ được quy định bởi trạng thái trội Hình 2.33 thể hiện bộ phận thu nhận đơn giản và các biểu đồ của

hệ thống theo sóng điện áp của các tín hiệu đường dây dữ liệu