在CAN总线系统中,波特率的计算是一个关键步骤,它确保网络上的所有设备能够以相同的速率进行通信。
1、理论
波特率的计算涉及到几个关键参数,包括CAN控制器的时钟频率、分频因子、以及位时间的不同部分。
时钟频率(Fclk)
CAN控制器的时钟频率。
这是CAN模块的输入时钟,通常来自于微控制器的主时钟。
分频因子(Prescaler)
用于从主时钟频率中分频得到位时间计数器的时钟频率。
分频因子可以增大位时间,使得CAN总线能够在较低的波特率下工作。
位时间(Bit Time)
位时间由几个部分组成,总共需要满足规定的时间量子(Time Quanta,TQ)数:
同步段(Sync Seg):
用于同步不同节点上的数据边缘,固定为1 TQ。
传播时间段(Prop Seg):
用于补偿网络中的物理延迟,长度可以调整。
相位缓冲段1(Phase Seg1)和相位缓冲段2(Phase Seg2):
用于对抗信号抖动和网络延迟,长度可调。
基于上述参数,CAN波特率的计算公式如下:
其中,Bit Time = Sync Seg Prop Seg Phase Seg1 Phase Seg2。
假设一个CAN控制器有如下参数:
Fclk = 16 MHz
Prescaler = 8
Sync Seg = 1 TQ
Prop Seg = 2 TQ
Phase Seg1 = 3 TQ
Phase Seg2 = 2 TQ
Bit Time = 1 2 3 2 = 8 TQ
则波特率为:
2、实践
以AT32F413这款MCU为例,CAN波特率计算公式如下所示:
CAN 总线的额定位时间由 3 部分组成:
1、同步段(SYNC_SEG),该段占用 1 时间单元,即公式中的1 x t𝑞。
2、位段 1(BIT SEGMENT 1),包括 CAN 标准里的 PROP_SEG 和 PHASE_SEG1,记为 BSEG1, 该段占用 1 至 16 时间单元,时间单元个数由 BTS1[3:0]位定义,即公式中的t𝐵𝑆𝐸𝐺1 = (1 BTS1[3:0]) x t𝑞。
3、位段 2(BIT SEGMENT 2),包括 CAN 标准里的 PHASE_SEG2,记为 BSEG2,该段占用 1 至 8 时间单元,时间单元个数由 BTS2[2:0]位定义,即公式中的t𝐵𝑆𝐸𝐺2 = (1 BTS2[2:0]) x t𝑞。
时间单元的长度由 CAN 位时序寄存器(CAN_BTMG) 的 BRDIV[11:0]位及 PCLK 定义,即公式中的t𝑞。
按照公式继续推导如下:
其中, BRDIV[11:0]、 BTS1[3:0]和 BTS2[2:0]为 CAN 位时序寄存器 (CAN_BTMG)中参数,在 AT32F413的 BSP 程序中对应结构体对照表如下:
举个例子,设定f𝑆𝑌𝑆𝐶𝐿𝐾=192MHz, f𝐴𝑃𝐵1𝐶𝐿𝐾 = f𝑃𝐶𝐿𝐾=24MHz 时, 1M 波特率的软件设置如下:
3、注意事项
确保总的Bit Time在CAN控制器的可配置范围内。
不同的CAN控制器可能有不同的最大和最小TQ限制。
适当设置波特率可以减少误差,提高网络的稳定性和可靠性。
高波特率适用于短距离通信,而长距离通信则需要降低波特率以减少误差。
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