can网络距离多远需要加终端电阻

　　本文主要是关于CAN总线的相关介绍，并着重对CAN总线网络距离和终端电阻距离进行了详尽的阐述。

　　CAN总线

　　CAN是控制器局域网络（Controller Area Network， CAN）的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。

　　CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

　　CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

　　优势

　　CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

　　网络各节点之间的数据通信实时性强

　　首先，CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权（取决于报文标识符）采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；

　　开发周期短

　　CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会在出现在RS-485网络中的现象，即当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现像在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

　　已形成国际标准的现场总线

　　另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。

　　最有前途的现场总线之一

　　CAN 即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时，由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有：SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。

　　发展

　　控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领域推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在中国迅速普及推广。

　　随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。

　　分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5C技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。

　　典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格必将吸引众多工业控制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网 CAN（CONTROLLER AERANETWORK）正是在这种背景下应运而生的。

　　由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了 CAN技术规范（VERSION 2.0）。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式，能提供11位地址；而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。

　　特点

　　CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率最高可达1Mbps。

　　完成对通信数据的成帧处理

　　CAN总线通信接口中集成了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、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

　　使网络内的节点个数在理论上不受限制

　　CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。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，从而保证了通信的实时性。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卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

　　可在各节点之间实现自由通信

　　CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。

　　结构简单

　　只有2根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块。

　　传输距离和速率

　　CAN总线特点：（1） 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他（一个或多个）节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134μs通信; （2） 多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞; （3） 通信距离最远可达10KM（速率低于5Kbps）速率可达到1Mbps（通信距离小于40M）；（4） CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。

　　can网络距离多远需要加终端电阻

　　总线首先满足线性拓扑即拓扑中任意点到干线的距离小于拓扑俩个终端的距离，三节点网络C点到A点和C点到B点的距离小远远于AB之间的距离，这样在AB加终端电阻网络是稳定的，距离不超过40M，同时你的节点是高速非容错CAN。

　　低俗容错情况不同。

　　按照ISO 11898规范，为了增强CAN-bus 通讯的可靠性，CAN-bus 总线网络的两个端点通常要加入终端匹配电阻（120Ω）。终端匹配电阻的大小由传输电缆的特性阻抗所决定，例如，双绞线的特性阻抗为120Ω，则总线上的两个端点也应配上120Ω终端电阻。另外在长距离通信中，终端电阻的阻值有时需要增大，才能保证通信的正常。

　　下边是我用的一个“CAN转串口”设备手册中的一个CAN总线设备连接推荐拓扑图，其中展示了终端电阻的安装位置。

　　

　　CAN总线要点

　　CAN总线的应用在现在看来越来越广泛，我厂设备从最初的ARM9与ARM7平台、期间升级过度到CortexA8与Cortex M3平台，再到现在的Cortex M4平台，围绕CAN进行了一系列产品的开发，CAN总线的稳定性是毋庸置疑的。

　　CAN总线物理结构与特性

　　CAN总线网络

　　CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L，各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输，为了避免信号的反射和干扰，还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120欧姆的终端电阻，但是为什么是120欧姆呢？那是因为电缆的特性阻抗为120欧。

　　

　　CAN收发器

　　CAN收发器的作用是负责逻辑电平和信号电平之间的转换。

　　

　　即从CAN控制芯片输出逻辑电平到CAN收发器，然后经过CAN收发器内部转换将逻辑电平转换为差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点都可以决定自己是否需要总线上的数据。具体的管教定义如下：

　　

　　信号表示

　　CAN总线采用不归零码位填充技术，也就是说CAN总线上的信号有两种不同的信号状态，分别是显性的（Dominant）逻辑0和隐形的（recessive）逻辑1，信号每一次传输完后不需要返回到逻辑0（显性）的电平。

　　位填充规则：发送器只要检测到位流里有5个连续相同值的位，便自动在位流里插入补充位。

　　

　　可以看到上图中的当第一段为隐性（recessive），CAN_H和CAN_L电平几乎一样，也就是说CAN_H和CAN_L电平很接近甚至相等的时候，总线表现隐性的，而两线点位差较大时表现为显性的，按照定义的：

　　CAN_H-CAN_L 《 0.5V 时候为隐性的，逻辑信号表现为“逻辑1”- 高电平。

　　CAN_H-CAN_L 》 0.9V 时候为显性的，逻辑信号表现为“逻辑0”- 低电平。

　　下面将差分信号和显隐性之间对应关系总结为下表：

　　状态

　　逻辑信号

　　电压范围

　　显性Dominant

　　0

　　CAN_H-CAN_L 》 0.9

　　隐性recessive

　　1

　　CAN_H-CAN_L 《 0.5

　　由上面的分析我们可以知道：

　　CAN总线采用的“线与”的规则进行总线冲裁。即1&0=0；所以0为显性。

　　这句话隐含的意思是，如果总线上只要有一个节点将总线拉到低电平（逻辑0）即显性状态，总线就为低电平（逻辑0）即显性状态而不管总线上有多少节点处于传输隐性状态（高电平或是逻辑1），只有所有节点都为高（隐性），总线才为高，即隐性。

　　通讯速率与通讯距离

　　这里的最大通信距离指的是同一条总线上两个节点之间的距离。可以看到速率越低通讯距离就越远，也就是说CAN总线的通讯距离和波特率成反比。在位速率为5千比特位每秒的时候达到最大的传输距离10公里。其中一般的工程中比较常用的为500K每秒的通讯速率。这个速率在实际测试的时候也是非常可靠的。

　　如果想要更远的传输（大于10公里）；可以考虑用多个CAN控制器连接或是加其他通讯协议（如485或是TCP/IP）的接口芯片组成的一个设备，这样就可实现长距离的通讯需求。

　　结语

　　关于CAN总线的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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