如何计算CAN通信波特率

目录

1、理论

2、实践

3、注意事项

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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：

波特率 = Fclk / (Prescaler * Bit Time)

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：

波特率 = 16 MHz / (8 * 8 TQ) = 16,000,000 / 64 = 250,000 bps (或250 kbps)

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。