如何用示波器測試CAN信號

作為目前車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最成熟、應(yīng)用最廣泛的通信總線之一，CAN總線具有傳輸可靠性高、速度快、易用等特點(diǎn)。由于其涉及到用戶的人身安全，所以在汽車研發(fā)、生產(chǎn)、檢測、維修等過程中均需做嚴(yán)格的測試。

由于CAN信號是差分信號，在測試過程中一般需要使用差分探頭來進(jìn)行測試，但在研發(fā)階段的板級測試中，確認(rèn)安全的前提下可以使用普通低壓無源探頭進(jìn)行測試。今天給大家介紹鼎陽科技SDS5000X標(biāo)配的CAN總線觸發(fā)與解碼，了解示波器是如何測試CAN信號。本文將以SDS5054X+STB3演示板+普通無源探頭展示CAN的測試，供大家參考。

1. CAN協(xié)議

在測試前需要充分了解CAN 協(xié)議。

CAN協(xié)議有4種幀類型，分別為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀。其中數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀又分為標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種。標(biāo)準(zhǔn)格式的標(biāo)識符為11位，擴(kuò)展幀為29位。

1. 1、數(shù)據(jù)幀

由7個不同的場組成。分別為幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾。
 

 

1.1.1、幀起始

（SOF）標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的開始，僅由一個“顯性”（邏輯電平“0”為顯性電平，“1”為隱性電平）位組成，只有在總線空閑時才允許發(fā)送信號。

1.1.2、仲裁場

CAN總線上發(fā)送的每一條報文都具有唯一的一個11位或29位的ID。CAN總線狀態(tài)取決于二進(jìn)制數(shù)“0”而不是“1”，所以ID號越小，則該報文擁有越高的優(yōu)先權(quán)。因此一個為全“0”標(biāo)志符的報文具有總線傳輸上的最高優(yōu)先權(quán)。

標(biāo)準(zhǔn)格式幀和擴(kuò)展格式幀的仲裁場格式不同：
 

• 標(biāo)準(zhǔn)格式里，仲裁場由11位識別符和RTR位組成。識別符位為ID28…ID18。識別符后為RTR位。RTR位在數(shù)據(jù)幀必須為“顯性”，在遠(yuǎn)程幀必須為“隱性”。

• 擴(kuò)展格式里，仲裁場包括29位識別符ID28…ID0（基本ID 11位，擴(kuò)展ID 18位）、SRR位、IDE位、RTR位。基本ID首先發(fā)送，其次是SRR、IDE位。

1.1.3、控制場

控制場由6個位組成。標(biāo)準(zhǔn)格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼，IDE位及保留位R0。擴(kuò)展格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度和保留位R1和R0。保留位必須顯性發(fā)送。
 

1.1.4、數(shù)據(jù)場

數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為0-8個字節(jié)，每字節(jié)包含了8個位，MSB先發(fā)送。

1.1.5、CRC場

CRC場包括CRC序列，其后是CRC界定符。CRC序列為循環(huán)冗余檢驗碼。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個單獨(dú)的“隱性”位。

1.1.6、應(yīng)答場

應(yīng)答場長度為2位。包含應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符。在應(yīng)答聲里，發(fā)送兩個“隱性”位，當(dāng)接收器正確地接收到有效報文，接收器就會在應(yīng)答間隔期間向發(fā)送器發(fā)送“顯性”位以示應(yīng)答。

1.1.7、幀結(jié)尾

每一個數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均由一標(biāo)志序列界定。由7個“隱性”位組成。

1.2、遠(yuǎn)程幀

遠(yuǎn)程幀目的在于請求發(fā)送具有同一標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀；遠(yuǎn)程幀由6個不同位的場組成。分別為幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場、幀結(jié)尾。與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的RTR位是“隱性”的。

1.3、錯誤幀

錯誤幀由錯誤標(biāo)志和錯誤界定符兩部分組成：
 

• 錯誤標(biāo)志分為主動的錯誤標(biāo)志和被動的錯誤標(biāo)志。主動的錯誤標(biāo)志由6個連續(xù)的“顯性”位組成，被動的錯誤標(biāo)志由6個連續(xù)的“隱性”位組成。

• 錯誤界定符：錯誤界定符包括8個“隱性”位。

1.4、過載幀

過載幀包括過載標(biāo)志和過載界定符。過載標(biāo)志由6個“顯性”位組成；過載界定符包括8個“隱性”位。


2. 示波器測試

在充分了解CAN協(xié)議后，接下來通過示波器展示如何測試CAN總線。示波器在測試總線時一般使用觸發(fā)和解碼同時進(jìn)行。觸發(fā)可以根據(jù)實際的需求捕獲預(yù)期事件，而解碼則可以把捕獲到的信號進(jìn)行解碼。

2.1、 觸發(fā)配置

首先我們通過STB3演示板輸出CAN信號并使用無源探頭通過測試CAN_L和GND，接入到示波器，然后根據(jù)信號特征設(shè)置合適的電壓和時基檔位。

配置如下：

2.1.1、總線選擇

首先進(jìn)入觸發(fā)菜單，類型選擇為“總線”，總線協(xié)議設(shè)置為“CAN”。如圖1所示。

圖1：總線選擇

2.1.2、信號配置

進(jìn)入信號菜單，信源設(shè)置為信號輸入通道，本次輸入通道為C1。閾值電平需設(shè)置到波形區(qū)域內(nèi)，通常為波形中部。如圖2所示。

圖2：信號配置

2.1.3、觸發(fā)配置

進(jìn)入觸發(fā)設(shè)置菜單，設(shè)置合適的觸發(fā)條件，如圖3所示。從圖可以看到觸發(fā)條件分為開始條件、遠(yuǎn)程幀、ID、ID+數(shù)據(jù)、錯誤幀。從上節(jié)CAN協(xié)議可以知道，這些觸發(fā)條件均為CAN協(xié)議的里規(guī)定的幀特征，是捕獲CAN信號的核心。根據(jù)需求設(shè)定觸發(fā)條件，進(jìn)而監(jiān)控CAN總線上的信息。

• 開始條件：即為數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的幀起始（SOF）。把開始條件作為觸發(fā)條件時，示波器捕獲所有具有SOF特征的信號。

• 遠(yuǎn)程幀：遠(yuǎn)程幀的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)幀類似但不傳輸數(shù)據(jù)，只為傳輸數(shù)據(jù)作初始化。其顯著的標(biāo)志是RTR為“隱性”電平。設(shè)置為此條件時，示波器將只捕獲遠(yuǎn)程幀。

• ID（地址）：為數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的仲裁場識別符。識別符ID越小優(yōu)先級越高。

• ID+數(shù)據(jù)：專門為數(shù)據(jù)幀準(zhǔn)備的觸發(fā)條件，可以指定具體的地址和數(shù)據(jù)在，方便捕獲特定數(shù)據(jù)。

• 錯誤幀：專門檢測符合錯誤標(biāo)志的數(shù)據(jù)；用于監(jiān)測總線上的錯誤幀。

圖3：觸發(fā)條件

2.1.4、總線配置

進(jìn)入菜單將標(biāo)準(zhǔn)波特率配置為輸入信號的波特率。CAN 最大支持1Mbit/s的傳輸速率。STB3演示板的波特率為50Kbit/s。如圖4。

圖4：波特圖形

2.2、 解碼配置

解碼功能可以把觸發(fā)捕獲的信號進(jìn)行解碼并以一定格式顯示出來。按下示波器的“Decode”按鍵進(jìn)入解碼菜單并開啟總線功能，如圖5所示。

圖5：解碼菜單

2.2.1、解碼列表

設(shè)置總線并配置解碼的行數(shù)。顯示列表的作用是配置用于顯示數(shù)據(jù)量并查看每幀數(shù)據(jù)。其中行數(shù)可配置1-7行；滾動表示當(dāng)前正在查詢的具體的數(shù)據(jù)，選中時數(shù)據(jù)行高亮，可查看屏幕上所有的解碼數(shù)據(jù)。如圖6。表示當(dāng)前采集了43幀數(shù)據(jù)，正在查看第43幀數(shù)據(jù)。

圖6：解碼列表

2.2.2、顯示選項

數(shù)據(jù)顯示格式，支持二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCAII碼。如圖7。

圖7：顯示格式

2.2.3、協(xié)議信號

與觸發(fā)菜單類似，設(shè)定信源及閾值。需要注意的是，閾值電壓需要設(shè)置于波形內(nèi)，若閾值電平位于波形區(qū)域外則無法解碼。

2.2.4、協(xié)議配置

配置與輸入信息相同的波特率。

2.2.5、協(xié)議復(fù)制

若用戶非常清楚觸發(fā)或解碼的協(xié)議信號和協(xié)議配置，可使用此功能快速復(fù)制觸發(fā)參數(shù)到解碼，或復(fù)制解碼參數(shù)到觸發(fā)。

2.3、 參數(shù)配置小結(jié)

通過觸發(fā)配置和解碼配置，我們可以看到CAN總線只要配置好觸發(fā)條件、觸發(fā)和解碼的閾值電平、波特率以及數(shù)據(jù)顯示格式即可得到CAN數(shù)據(jù)。
 
下圖為STB3輸出的CAN 信號輸入到示波器，示波器的觸發(fā)條件為開始條件，觸發(fā)和解碼的波特率均設(shè)置為50kbit/s即可得到CAN 的解碼數(shù)據(jù)，如圖8所示。
 

圖8：總線解碼

從上圖中，我們可以看到，解碼列表里顯示了與波形相對應(yīng)的解碼數(shù)據(jù)：

• 序號代表從屏幕左邊到右對應(yīng)幀的數(shù)據(jù)。

• Time代表每幀相對水平中間位置的時間。

• Type代表解碼得到的幀類型。是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀或是擴(kuò)展幀。

• ID代表解碼后的報文地址；設(shè)置為觸發(fā)條件，可以對特定報文進(jìn)行篩選。

• Length代表解碼得到的數(shù)據(jù)長度；數(shù)據(jù)長度0到8個字節(jié)。

• Data代表數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)信息；測試者最關(guān)心的數(shù)據(jù)。

• CRC為檢驗碼；當(dāng)校驗數(shù)據(jù)不正確時，提示錯誤信息。

• ACK為響應(yīng)位，Yes表示有響應(yīng)位。

此外還可以通過示波器放大功能，選定數(shù)據(jù)進(jìn)行放大?？偩€解碼顯示與之對應(yīng)的解碼數(shù)據(jù)并通過不同顏色標(biāo)注數(shù)據(jù)的地址、數(shù)據(jù)、檢驗碼以及響應(yīng)位。當(dāng)顯示空間不足時，無法顯示的數(shù)據(jù)均以紅點(diǎn)表示。當(dāng)示波器解碼結(jié)果與協(xié)議不一致時，示波器則會顯示相應(yīng)錯誤。