CAN總線技術原理和物理層

CAN總線在硬件系統中占有一席之地，國際上應用最廣泛的現場總線之一，與我們講過的SPI、UART不同，屬于“高端高效”系列。很多小伙伴希望我們講講CAN總線，今天就來了。

一句話總結：CAN總線是將離散獨立的數據線整理到統一節點上。

1、CAN總線由來

CAN總線最早是由Bosch和Intel在80年代末開發的，雖然最早是用在汽車級的通信系統中的，但是隨著技術的發展，CAN總線應用范圍已經不在局限于汽車中，像機器人、工業、自動控制系統中，都有廣泛的應用。

2、CAN總線為什么這么好用

以CAN總線應用最廣的汽車給大家舉例，汽車電子控制系統之間的數據通信基本上都是通過CAN總線實現。

在下圖中，Motronic控制單元和變速箱控制單元之間的數據通信包含5根數據線。這還僅僅是兩個控制器之間的傳輸線。如果我們再加上轉向控制、雨刷控制、車窗控制等等，就需要大量的信號數據線，這個時候會導致整車的電子控制系統線路復雜，維修起來也非常困難。

而如果使用CAN總線，各個控制單元之間的信息通過兩根數據線就可以進行交換了：

使用CAN總線之后的通信網絡對比：

3、CAN總線技術原理

CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且支持多主控制器。

當CAN總線上的一個節點（站）發送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節點。對每個節點來說，無論數據是否是發給自己的，都對其進行接收。

CAN總線的軟件報文在上面這組報文中：仲裁域，每組報文開頭內容，前11位字符為標識符，定義了報文的優先級，這種報文格式稱為面向內容的編址方案。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。

在仲裁域的最后一位是遠程傳輸請求位（RTR），代表信息幀是數據幀還是不包含任何數據的遠地請求幀

控制域，前兩位是保留位，作為擴展位，DLC表示一幀中數據字節的數目。

數據域，包含0～8字節的數據。

校驗域，檢驗位錯用的循環冗余校驗域，共15位。

結束域，由七位隱性電平組成。

CAN總線是可靠性很高的總線，共有五種錯誤：

CRC錯誤：發送與接收的CRC值不同發生該錯誤；

格式錯誤：幀格式不合法發生該錯誤；

應答錯誤：發送節點在ACK階段沒有收到應答信息發生該錯誤；

位發送錯誤：發送節點在發送信息時發現總線電平與發送電平不符發生該錯誤；

位填充錯誤：通信線纜上違反通信規則時發生該錯誤。

當發生這五種錯誤之一時，發送節點或接受節點將發送錯誤幀。

4、CAN總線物理層

在節點終端的接口器件有三種形式，如下圖：

CAN總線的終端電阻的接法如下：

增加終端電阻的目的是為了增強CAN通訊的可靠性，消除CAN總線終端信號反射干擾。CAN總線網絡最遠的兩個端點通常要加入終端匹配電阻，如上圖。一般如果CAN總線使用的是在雙絞線上運行，這時我們會增加120Ω的電阻，這是因為匹配電阻是由傳輸電纜的特性阻抗決定的。

5、常用CAN控制器與收發器

在開發板上CAN總線需要控制器和收發器，下圖是常用的CAN總線接口電路：

SJA1000是用的較多的獨立CAN控制器，價格又很便宜，幾十塊錢。SJA1000可以和51單片機、STM32等組合快速搭建CAN總線網絡。SJA1000通過并行總線與MCU連接，需要通過地址、數據、讀寫控制等多個線進行連接。PCA82C250收發器是CAN控制器的物理接口，可以給總線提供差動發送和接受信號。和SJA1000一樣，都是采用5V供電。
責任編輯人：CC