目前，CAN總線主要用于汽車自動(dòng)化領(lǐng)域，如應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)點(diǎn)火、注油、復(fù)雜的加速剎車控制、抗鎖定剎車系統(tǒng)和抗滑系統(tǒng)等。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，混和動(dòng)力汽車(Hybrid Electrical Vehicle，HEV)及電動(dòng)汽車(Electrical Vehicle,EV)的研究發(fā)展很快，由于這兩種汽車都使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此電機(jī)控制系統(tǒng)與CAN總線的通信是一項(xiàng)重要課題。本文主要探討CAN總線在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　1 CAN總線的功能與特點(diǎn)

　　(1)采用面向數(shù)據(jù)塊的通信方式，信號(hào)傳輸使用短幀結(jié)構(gòu)，每幀數(shù)據(jù)量為8個(gè)字節(jié)。若通信距離在40m內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbps。

　　(2)可實(shí)現(xiàn)多主工作方式，數(shù)據(jù)收發(fā)方式靈活。可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、全局廣播等幾種傳輸方式。

　　(3)CAN總線采用非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)競(jìng)爭(zhēng)的總線仲裁方式。

　　(4)CAN具有CRC校驗(yàn)及其它檢驗(yàn)措施，并具有錯(cuò)誤識(shí)別及自動(dòng)重發(fā)功能。

　　(5)通訊介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。

　　(6)接口簡(jiǎn)單、編程方便，容易構(gòu)成用戶系統(tǒng)。

　　總之，CAN總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是公認(rèn)的最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

　　2 CAN控制器

　　TMS320F241是美國(guó)TI公司TMS320系列定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)品之一，專為數(shù)字電機(jī)控制而設(shè)計(jì)，其指令執(zhí)行速度是20MIPS，幾乎所有指令都可以在一個(gè)50ns的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。同時(shí)TMS320F241芯片內(nèi)嵌了CAN模塊，因此該芯片是設(shè)計(jì)基于CAN總線的數(shù)字式電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)選芯片。TMS320F241的CAN模塊是FullCAN控制器，包括報(bào)文處理器(負(fù)責(zé)接收和發(fā)送管理以及幀存儲(chǔ))，需要的CPU開(kāi)銷比 BasicCAN控制器少，并且適應(yīng)技術(shù)規(guī)范CAN2.0B，因此可以發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)幀(11-bit標(biāo)識(shí)符)和擴(kuò)展幀(29-bit標(biāo)識(shí)符)。同時(shí)，CAN模式包括6個(gè)信箱(Mailbox)以及15個(gè)不同的16-bit寄存器，這些寄存器分別是控制寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器和接收屏蔽寄存器。

　　3 CAN總線在HEV電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　3.1 硬件設(shè)計(jì)

　　TMS320F241 芯片與CAN總線接口的總線收發(fā)器采用Philips公司的PCA82C250芯片。82C250可以提供對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送能力及對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。通信介質(zhì)采用雙絞線，信號(hào)差動(dòng)發(fā)送和差動(dòng)接收的最高通信速率可達(dá)1Mbps。為了增強(qiáng)抗干擾能力，在TMS320F241與82C250之間采用高速光耦6N137進(jìn)行隔離。

　　TMS320F241與CAN總線的接口電路如圖1所示。

　　3.2 幀結(jié)構(gòu)

　　電機(jī)控制單元(MCU)與整車控制單元(VCU)之間的報(bào)文傳送由兩種類型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器到接收器;遠(yuǎn)程幀通過(guò)總線單元發(fā)送，以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀空間與當(dāng)前幀分開(kāi)。

　　3.2.1 數(shù)據(jù)幀

　　CAN 技術(shù)規(guī)范2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度，具有11位標(biāo)識(shí)符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)帖，而29位標(biāo)識(shí)符的幀稱為擴(kuò)展幀。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)幀采用標(biāo)準(zhǔn)帖。數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位段組成，包括幀起始(SOF)、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、循環(huán)冗余檢查段(CRC)、應(yīng)答段(ACK)以及幀結(jié)束(EOF)。其中仲裁段由標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位(RTR)組成;控制段由數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼(DLC)和兩個(gè)保留位r0、r1組成;數(shù)據(jù)段由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它包括0～8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位。

　　VCU向MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括：MCU初始化、檢測(cè)MCU、VCU發(fā)生不可恢復(fù)錯(cuò)誤、VCU的工作狀態(tài)、控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩、請(qǐng)求返回電機(jī)的錯(cuò)誤狀態(tài)等請(qǐng)求或命令。

　　MCU向VCU發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括：返回MCU當(dāng)前狀態(tài)、送回電機(jī)轉(zhuǎn)速、送回電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)或MCU出錯(cuò)、電機(jī)工作正常等信息。

　　為了區(qū)別VCU發(fā)出的不同請(qǐng)求和命令，采用了Universal Serial No字節(jié)。該字節(jié)位于數(shù)據(jù)段的首字節(jié)，表示請(qǐng)求或命令和編號(hào)。

　　3.2.2 遠(yuǎn)程幀

　　遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)相同，只是不包括數(shù)據(jù)段。遠(yuǎn)程幀的遠(yuǎn)程請(qǐng)求發(fā)送位為1。遠(yuǎn)程幀用于請(qǐng)求信息。TMS320F241的CAN模塊可以自動(dòng)回復(fù)遠(yuǎn)程帖，即節(jié)點(diǎn)收到遠(yuǎn)程幀。如果該節(jié)點(diǎn)中有和遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識(shí)符相同的報(bào)文，則該節(jié)點(diǎn)就將相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到總線上。本系統(tǒng)中遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀一樣，采用標(biāo)準(zhǔn)格式。

　　VCU的MCU發(fā)送的遠(yuǎn)程幀包括：請(qǐng)求返回電機(jī)狀態(tài)、請(qǐng)求返回電機(jī)轉(zhuǎn)速、請(qǐng)求返回電機(jī)轉(zhuǎn)矩等。

　　3.3 通信中斷服務(wù)程序

　　VCU的指令通過(guò)CAN部到達(dá)MCU之后，采用中斷的形式(如IRQ5)，使MCU轉(zhuǎn)入通信中斷服務(wù)子程序。以保證VCU的指令可以及時(shí)發(fā)送到MCU。通信中斷服務(wù)子程序流程圖如圖2所示。