CAN总线原理

CAN总线简介

所谓CAN，其实就是控制器局域网，是CONtroller Area Network的简写，CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。　一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用Philips P82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。

CAN总线特点

(1)它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信。

(2)通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mb/s。

(3)通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作。

(4)CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，雨代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种数据块编码方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分步式控制中非常重要。

(5)数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而倮证了通信的实时性。

(6)CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN总线所具有的卓越性能、极高的可靠性和独特设计，特别适合工业设各测控单元互连。因此备受工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

CAN总线原理

CAN总线采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with collision Detect，载波监测多路访问/冲突检测)技术。“载波监测”的意思是指在总线上的每个节点在发送信息报文前都必须监测到总线上有一段时间的空闲状态。“多路访问”的意思是一旦此空闲状态被监测到，那么每个节点都有均等的机会来发送报文。“冲突检测”是指在两个节点同时发送信息时，节点本身首先会检测到出现冲突，然后采取相应的措施来解决这一冲突情况。此时优先级高的报文先发送，低优先级的报文发送会暂停。这就是CAN总线的仲裁，仲裁过程是不会对报文产生破坏的。      

CAN总线上每个设备都有一个11位的ID信息，各设备的优先级是根据其ID来确定的，ID的序号越小，其优先级越高。下图为CAN总线上传输的数据帧格式，从图上可知，传输开始标识符SOF后面紧跟的就是11位标识ID，CAN总线就是据此进行仲裁工作的。

CAN总线的仲裁过程如下图所示：    

 
♦CAN总线的拓扑结构       

CAN总线的拓扑结构如下，CAN hub是用于多分支扩展用的，可以省去。CAN总线和分支的末端都需要垮接一个120欧姆的电阻来终结，防止信号反射。      

 

♦CAN总线的逻辑电平       

CAN总线具有两种逻辑状态，隐性和显性。隐性状态下，VCAN_H和VCAN_L都被固定为平均电压电平，两者之间的电压差为0；显性状态下，VCAN_H和VCAN_L的电平分别为3.5V和1.5V，两者差分电压大于2V，如下图所示。     


♦常用CAN总线芯片     

CAN芯片有CAN控制器和CAN收发器，在实际电路中，这两种芯片需要配合起来应用。  

常用CAN控制器芯片有：P87C591，XAC37，SJA1000；  

常用CAN收发器芯片有：PCA82C250，PCA82C251，PCA82C252，TJA1040，TJA1041，TJA1050，TJA1053，TJA1054。