什么是CAN總線

CAN總線是一種高性能、高可靠性的串行通訊協議總線，主要用于實時應用的場合，如汽車中的各種不同元件之間的通信。CAN總線采用雙絞線來傳輸信號，具有高性能、高可靠性、實時性等優點。同時，CAN總線具有完整性的串行數據通訊、提供實時支持、傳輸速率高達1Mb/s、11位的尋址以及檢錯能力等特點。在汽車行業中，CAN總線已經成為國際上應用最廣泛的現場總線之一，廣泛應用于汽車和其他自動化領域中。

CAN總線工作原理

CAN總線的工作原理基于廣播方式，通過標識符來識別數據是否發送給自己的，并使用差分信號傳輸來保證可靠性和實時性。

CAN總線數據傳輸原理，從一個節點向其他節點發送數據。當一個節點發送數據時，該節點的CPU將將要發送的數據和標識符發送給本節點的CAN芯片，并使其進入準備狀態。一旦該CAN芯片收到總線分配，就變為發送報文狀態，該CAN芯片將要發送的數據組成規定的報文格式發出。此時，網絡中的其他節點都處于接收狀態，所有節點都要先對其進行接收，通過檢測來判斷該報文是否是發給自己的。（CAN總線通信實現CAN報文帶ID標識教程）

CAN總線使用差分信號傳輸，通過在CANH和CANL上傳輸差分信號來表示數字信號。差分信號傳輸方式具有抗干擾能力強和可靠性高的優點（如何提高CAN總線抗干擾能力？）。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個站發送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。當一個站要向其他站發送數據時，該站的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態；當它收到總線分配時，轉為發送報文狀態。CAN芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時網上的其他站處于接收狀態。一張圖看懂CAN總線的原理：

圖1

根據圖1中簡單來說CAN總線就如兩根黃線，通信的原理就好比開一個電話會議，大家都同時撥進來，然后有各種不同的狀態，比如：一個人說話，其他人聽；或者多個人同時想發言，但也會讓其中一個人先說，其他人聽；還有一個人要求另一個人來說；還有些掉線了，卡頓了等等。

為了確保每次電話會議針對上述情況正確有效地進行，我們需要一些每個人都應該遵守的規則或協議。CAN總線通信與這種電話會議形式既有相似之處，也有不同之處。那究竟什么是CAN總線通信？

CAN總線架構簡介

CAN總線是一種用于不同控制單元之間數據傳輸的導線。CAN總線協議是ISO國際標準化的串行通信協議，由兩個系列組成：ISO-11898和ISO-11519。其定義有：

·ISO-11898定義了通信速率為125 kbps ~1Mbps?的高速CAN通信標準，屬于閉環總線，傳輸速率可達1Mbps，總線長度?≤ 40米，如圖2。

·ISO11519定義了通信速率為10～125 kbps?的低速CAN通信標準，屬于開環總線，傳輸速率為40kbps時，總線長度可達1000米，如圖2。

圖2

CAN總線的應用

CAN總線會有終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來的，而總線上一般有兩個120歐姆的節點。CAN總線終端電阻的作用有三個：

1、提高干擾防護能力，快速消除高頻低能量信號；

2、確保總線快速進入隱藏狀態，這樣寄生電容器的能量可以更快地耗散；

3、通過將它們放置在總線兩端以減少反射能量來提高信號質量。

圖3

在學習CAN總線時，經常會看到CAN總線的電平分為顯性電平與隱性電平，那么什么是顯性的和隱性的呢？顯式和隱式邏輯0與邏輯1之間的對應關系是什么？CAN通信邏輯0和1，顯式和隱式。

電信號的傳輸是通過區分高電壓和低電壓來進行的，就像CAN通信一樣。CAN總線的兩條信號線是CAN高（CAN_H）和CAN低（CAN_L）。關于CAN的邏輯0和邏輯1以及CAN總線的顯式和隱式方面，編制了以下圖表，以使每個人都能清楚地理解。

如下圖4?所示：

圖4

注?1：在實際開發中，兩條線路的電壓都以默認值波動，這也是使用差動傳輸減少誤差和噪聲干擾的優點；

注?2：CAN總線采用“線路和”規則進行總線套利，即如果同時發送多個CAN信號，有些發送1，有些發送0，只要有0，則當前總線為0（1&0=0）。因此，總線上的顯式平面由邏輯“0”表示，而隱式平面則由邏輯“1”表示；

雖然差分信號有較好的抗干擾能力，但是長距離信號傳輸時，我們通常會采用雙絞線進行數據傳輸，以此來從物理上減弱噪聲對信號傳輸過程中的耦合。

圖5?消除電容耦合

圖6?消除電感耦合

圖7?消除對外界的干擾

CAN信號傳輸

上述的電位差（差分電平）與邏輯電平是通過CAN收發器實現的。在傳輸過程中，CAN控制器將CPU傳輸的信號轉換為邏輯電平。CAN收發器接收到邏輯電平后，將其轉換為差分電平并輸出到CAN總線。

圖9 CAN信號發送

在接收過程中，CAN收發器發送CAN_H和CAN_L線路上傳輸的差電平被轉換為邏輯電平并輸出到CAN控制器，然后CAN控制器將邏輯電平轉換為相應的信號并發送到CPU。

圖10 CAN信號接收

簡單地說，這意味著變送器通過CAN收發器改變總線電平，并將其信息傳輸到CAN總線。接收器通過監測總線電平將總線上的信息讀取到自己的CAN收發器中。

如上所示，CAN總線有兩種架構，兩種形式的CAN信號，以及發送和接收CAN信號的兩個過程。

CAN總線的拓撲結構包括CAN總線、CAN收發器和設備節點。其中，用來傳輸CAN總線信號的媒介叫做CAN總線，由CAN_H和CAN_L兩根線組成；連接CAN總線和設備節點，用來轉換邏輯電平和物理信號的單元電路叫做CAN收發器；通過CAN收發器連接在總線上的設備叫做設備節點。此外，不同的CAN標準僅物理層不同，傳輸介質和傳輸速率也有所不同。

審核編輯：黃飛