如何用Pico示波器进行CAN总线解码分析

Pico示波器具有串行解码的功能，能够对CAN、FlexRay、I²C、I²S、SPI、LIN或UART等串行总线进行解码。Pico示波器比较适合做串行解码，因为它们的深度存储器可以让软件采集较长时间、不间断的数据，尤其是6000系列能够在几秒内采集数千个数据帧存入到512M的样本存储器。下面将介绍如何用一个款Pico示波器进行CAN总线数据解码。

1关于CAN总线解码

1.1 什么是CAN总线?

数据通信时，物理线路上传输的信号是由一系列高低电平组成的，这些高低电平携带了我们所需要的信息，在数据接收端，我们需要将这些物理电平按照原始的编码规则进行解析，从而得到实际的物理信号。

CAN(控制器区域网络)总线是一种在汽车和工业机械中使用的串行协议，允许微控制器相互通讯。该标准最初由 Robert Bosch GmbH 于 1983 年制定。它使用双绞线上传输差分信号，分别为CAN高(CAN H )和CAN低(CAN L)，当线路受到共模干扰之后，信号差值不变，信号依然能够正确被解析。

1.2 CAN总线上传输的电平特点

CAN 总线上发布了ISO11898和ISO11519两个通信标准，分别对应高速CAN和容错CAN。此两个标准差分电平的特性不同。本文主要介绍如何用Pico示波器进行ISO11898标准的CAN总线解码。

CAN高电平大概为3.5V左右，CAN低电平大概为1.5V左右，CAN差分电平大概在2V左右。一般情况下，我们可以从三种CAN总线波形上进行解码：

1)从CAN-H总线上传输的电平，阈值设置为3V左右即可

2)从CAN-L总线上传输的电平，阈值设置为1.6V左右即可

3)从差分波形(CANH-CANL)上进行解码，阈值设置为1.5左右即可。从差分波形上解码更加准确，因为差分波形滤除了线路上的共模干扰信号。

但是很遗憾，目前PicoScope6软件的串行解码功能只能从CANH或CANL波形上进行解码，暂时还无法实现从差分波形上进行解码。

2 PicoScope6 串行解码功能

3解码设置

Pico的任何一台示波器都具有串行解码的功能，不同系列的区别在于示波器硬件参数高时，采集到的波形更加平滑，噪声小。在进行解码时，我们可以只从CAN高波形上进行解码，或只从CAN低波形上进行解码，或者同时对CANH和CANL波形进行解码。

3.1 仅从CAN低波形上进行解码设置

1将CAN网络中的CANL端接入到示波器A通道(示波器通道任意选择)探头的正极，CAN网络的GND连接探头的负极。

2 点击PicoScope6工具菜单，选择串行解码功能。弹出串行解码设置窗口。

1)设置A通道协议：CAN Low

2)设置CAN低判断阈值，如1.6V。该阈值用于判断CAN-L电平是“0”或“1”.

3)设置总线波特率，即目前测试网络的波特率，例如500K波特。

4)设置显示模式，选择“在视图中”或“在窗口中”查看CAN数据。 

In View: 在视图中，在波形显示窗口查看解码之后的CAN数据。

In Window: 在窗口中，在表格中查看解码之后的CAN数据。

3.2仅从CAN高波形上进行解码设置

1将CAN网络中的CANH端接入到示波器A通道(示波器通道任意选择)探头的正极，CAN网络的GND连接探头的负极。

2 点击PicoScope6工具菜单，选择串行解码功能。弹出串行解码设置窗口。

设置步骤如下：

1)设置A通道协议：CAN High

2)设置CAN低判断阈值，如3V。该阈值用于判断CAN-L电平是“0”或“1”.

3)设置总线波特率，即目前测试网络的波特率，例如500K波特。

4)设置显示模式，选择“在视图中”或“在窗口中”查看CAN数据。 

In View: 在视图中，在波形显示窗口查看解码之后的CAN数据。 

In Window: 在窗口中，在表格中查看解码之后的CAN数据。

3.3从CAN高波形和CAN低波形上同时解码

1将CAN网络中的CANH端接入到示波器A通道(示波器通道任意选择)探头的正极，CAN网络的GND连接探头的负极。

2将CAN网络中的CANH端接入到示波器B通道(示波器通道任意选择)探头的正极，CAN网络的GND连接探头的负极。

注意：CANH和CANL使用的测试通道可以自由选择。只是在进行解码设置时，对应正确即可。

3 点击PicoScope6工具菜单，选择串行解码功能。弹出串行解码设置窗口。

在一个窗口分别设置CANH和CANL的解码设置，具体参考3.1和3.2章节的设置。如下图所示：

4 使用注意事项

Pico示波器进行串行解码有一个技术难点：Pico示波器的解码以完整的一个CAN数据帧为单位，即只有采集到完整的一帧CAN报文，才能将该数据帧完整的解析出来。

1 采集CANH和CANL波形时，注意时基的设置。即保证每一个波形页面至少能够采集到一个完整的数据帧，此时才能够解析出CAN报文。对于CAN总线来说，时基设置在1ms/div或者大于1ms/div即可。

2 注意采样率的设置，要保证采集到的波形不失真。例如CAN总线的波特率为500Kbps，那么采样率只有大于1MS/s，才能够采集到正确的波形(满足乃奎斯特定律)。

3 示波器的波形(一个显示页面)与波形之前是不连续的，总是或多或少一些间隙。所以当在进行CAN总线解码时，波形页面的边缘会有一些无法被解析的数据帧，主要原因是波形页面边缘将一个完成的数据帧截断了，以至于无法得到争取的解析。如下图所示：