如何用Pico示波器進(jìn)行CAN總線解碼分析

Pico示波器具有串行解碼的功能，能夠?qū)AN、FlexRay、I²C、I²S、SPI、LIN或UART等串行總線進(jìn)行解碼。Pico示波器比較適合做串行解碼，因?yàn)樗鼈兊纳疃却鎯?chǔ)器可以讓軟件采集較長(zhǎng)時(shí)間、不間斷的數(shù)據(jù)，尤其是6000系列能夠在幾秒內(nèi)采集數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)幀存入到512M的樣本存儲(chǔ)器。下面將介紹如何用一個(gè)款Pico示波器進(jìn)行CAN總線數(shù)據(jù)解碼。

1關(guān)于CAN總線解碼

1.1 什么是CAN總線?

數(shù)據(jù)通信時(shí)，物理線路上傳輸?shù)男盘?hào)是由一系列高低電平組成的，這些高低電平攜帶了我們所需要的信息，在數(shù)據(jù)接收端，我們需要將這些物理電平按照原始的編碼規(guī)則進(jìn)行解析，從而得到實(shí)際的物理信號(hào)。

CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線是一種在汽車和工業(yè)機(jī)械中使用的串行協(xié)議，允許微控制器相互通訊。該標(biāo)準(zhǔn)最初由 Robert Bosch GmbH 于 1983 年制定。它使用雙絞線上傳輸差分信號(hào)，分別為CAN高(CAN H )和CAN低(CAN L)，當(dāng)線路受到共模干擾之后，信號(hào)差值不變，信號(hào)依然能夠正確被解析。

1.2 CAN總線上傳輸?shù)碾娖教攸c(diǎn)

CAN 總線上發(fā)布了ISO11898和ISO11519兩個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)應(yīng)高速CAN和容錯(cuò)CAN。此兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差分電平的特性不同。本文主要介紹如何用Pico示波器進(jìn)行ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線解碼。

CAN高電平大概為3.5V左右，CAN低電平大概為1.5V左右，CAN差分電平大概在2V左右。一般情況下，我們可以從三種CAN總線波形上進(jìn)行解碼：

1)從CAN-H總線上傳輸?shù)碾娖?，閾值設(shè)置為3V左右即可

2)從CAN-L總線上傳輸?shù)碾娖?，閾值設(shè)置為1.6V左右即可

3)從差分波形(CANH-CANL)上進(jìn)行解碼，閾值設(shè)置為1.5左右即可。從差分波形上解碼更加準(zhǔn)確，因?yàn)椴罘植ㄐ螢V除了線路上的共模干擾信號(hào)。

但是很遺憾，目前PicoScope6軟件的串行解碼功能只能從CANH或CANL波形上進(jìn)行解碼，暫時(shí)還無法實(shí)現(xiàn)從差分波形上進(jìn)行解碼。

2 PicoScope6 串行解碼功能

3解碼設(shè)置

Pico的任何一臺(tái)示波器都具有串行解碼的功能，不同系列的區(qū)別在于示波器硬件參數(shù)高時(shí)，采集到的波形更加平滑，噪聲小。在進(jìn)行解碼時(shí)，我們可以只從CAN高波形上進(jìn)行解碼，或只從CAN低波形上進(jìn)行解碼，或者同時(shí)對(duì)CANH和CANL波形進(jìn)行解碼。

3.1 僅從CAN低波形上進(jìn)行解碼設(shè)置

1將CAN網(wǎng)絡(luò)中的CANL端接入到示波器A通道(示波器通道任意選擇)探頭的正極，CAN網(wǎng)絡(luò)的GND連接探頭的負(fù)極。

2 點(diǎn)擊PicoScope6工具菜單，選擇串行解碼功能。彈出串行解碼設(shè)置窗口。

1)設(shè)置A通道協(xié)議：CAN Low

2)設(shè)置CAN低判斷閾值，如1.6V。該閾值用于判斷CAN-L電平是“0”或“1”.

3)設(shè)置總線波特率，即目前測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的波特率，例如500K波特。

4)設(shè)置顯示模式，選擇“在視圖中”或“在窗口中”查看CAN數(shù)據(jù)。 

In View: 在視圖中，在波形顯示窗口查看解碼之后的CAN數(shù)據(jù)。

In Window: 在窗口中，在表格中查看解碼之后的CAN數(shù)據(jù)。

3.2僅從CAN高波形上進(jìn)行解碼設(shè)置

1將CAN網(wǎng)絡(luò)中的CANH端接入到示波器A通道(示波器通道任意選擇)探頭的正極，CAN網(wǎng)絡(luò)的GND連接探頭的負(fù)極。

2 點(diǎn)擊PicoScope6工具菜單，選擇串行解碼功能。彈出串行解碼設(shè)置窗口。

設(shè)置步驟如下：

1)設(shè)置A通道協(xié)議：CAN High

2)設(shè)置CAN低判斷閾值，如3V。該閾值用于判斷CAN-L電平是“0”或“1”.

3)設(shè)置總線波特率，即目前測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的波特率，例如500K波特。

4)設(shè)置顯示模式，選擇“在視圖中”或“在窗口中”查看CAN數(shù)據(jù)。 

In View: 在視圖中，在波形顯示窗口查看解碼之后的CAN數(shù)據(jù)。 

In Window: 在窗口中，在表格中查看解碼之后的CAN數(shù)據(jù)。

3.3從CAN高波形和CAN低波形上同時(shí)解碼

1將CAN網(wǎng)絡(luò)中的CANH端接入到示波器A通道(示波器通道任意選擇)探頭的正極，CAN網(wǎng)絡(luò)的GND連接探頭的負(fù)極。

2將CAN網(wǎng)絡(luò)中的CANH端接入到示波器B通道(示波器通道任意選擇)探頭的正極，CAN網(wǎng)絡(luò)的GND連接探頭的負(fù)極。

注意：CANH和CANL使用的測(cè)試通道可以自由選擇。只是在進(jìn)行解碼設(shè)置時(shí)，對(duì)應(yīng)正確即可。

3 點(diǎn)擊PicoScope6工具菜單，選擇串行解碼功能。彈出串行解碼設(shè)置窗口。

在一個(gè)窗口分別設(shè)置CANH和CANL的解碼設(shè)置，具體參考3.1和3.2章節(jié)的設(shè)置。如下圖所示：

4 使用注意事項(xiàng)

Pico示波器進(jìn)行串行解碼有一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：Pico示波器的解碼以完整的一個(gè)CAN數(shù)據(jù)幀為單位，即只有采集到完整的一幀CAN報(bào)文，才能將該數(shù)據(jù)幀完整的解析出來。

1 采集CANH和CANL波形時(shí)，注意時(shí)基的設(shè)置。即保證每一個(gè)波形頁(yè)面至少能夠采集到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，此時(shí)才能夠解析出CAN報(bào)文。對(duì)于CAN總線來說，時(shí)基設(shè)置在1ms/div或者大于1ms/div即可。

2 注意采樣率的設(shè)置，要保證采集到的波形不失真。例如CAN總線的波特率為500Kbps，那么采樣率只有大于1MS/s，才能夠采集到正確的波形(滿足乃奎斯特定律)。

3 示波器的波形(一個(gè)顯示頁(yè)面)與波形之前是不連續(xù)的，總是或多或少一些間隙。所以當(dāng)在進(jìn)行CAN總線解碼時(shí)，波形頁(yè)面的邊緣會(huì)有一些無法被解析的數(shù)據(jù)幀，主要原因是波形頁(yè)面邊緣將一個(gè)完成的數(shù)據(jù)幀截?cái)嗔耍灾劣跓o法得到爭(zhēng)取的解析。如下圖所示：