快速了解CAN通讯原理及应用

一张图看懂CAN总线的原理

图1 CAN通信原理

参考上图，简单来说CAN总线就如两根黄线，通信的原理就好比开一个电话会议，大家都同时拨进来，然后有各种不同的状态，比如：一个人说话，其他人听；或者多个人同时想发言，但也会让其中一个人先说，其他人听；还有一个人要求另一个人来说；还有些掉线了，卡顿了等等。

为了确保每次电话会议针对上述情况正确有效地进行，我们需要一些每个人都应该遵守的规则或协议。CAN总线通信与这种电话会议形式既有相似之处，也有不同之处。那究竟什么是CAN总线通信？

CAN总线架构简介

CAN总线是一种用于不同控制单元之间数据传输的导线。CAN总线协议是ISO国际标准化的串行通信协议，由两个系列组成：ISO-11898和ISO-11519。其定义有：

ISO-11898 定义了通信速率为 125 Kbps ~1Mbps 的高速 CAN 通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度≤ 40米，如图2。

ISO11519 定义了通信速率为 10～125 Kbps 的低速 CAN 通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米，如图2。

图2

CAN的应用

CAN总线会有终端电阻，一般来说都是120欧姆，实际上在设计的时候，也是两个60欧姆的电阻串起来的，而总线上一般有两个120欧姆的节点。终端电阻的作用有三个：

①提高干扰防护能力，快速消除高频低能量信号。

②确保总线快速进入隐藏状态，这样寄生电容器的能量可以更快地耗散。

③通过将它们放置在总线两端以减少反射能量来提高信号质量。

图3

电信号的传输是通过区分高电压和低电压来进行的，就像CAN通信一样。CAN总线的两条信号线是CAN高（CAN_H）和CAN低（CAN_L）。关于CAN的逻辑0和逻辑1以及CAN总线的显式和隐式方面，编制了以下图表，以使每个人都能清楚地理解。

如下图 4 所示：

图4

注1：在实际开发中，两条线路的电压都以默认值波动，这也是使用差动传输减少误差和噪声干扰的优点；

注2：CAN总线采用“线路和”规则进行总线套利，即如果同时发送多个CAN信号，有些发送1，有些发送0，只要有0，则当前总线为0（1&0=0）。因此，总线上的显式平面由逻辑“0”表示，而隐式平面则由逻辑“1”表示；

虽然差分信号有较好的抗干扰能力，但是长距离信号传输时，我们通常会采用双绞线进行数据传输，以此来从物理上减弱噪声对信号传输过程中的耦合。

图 5 消除电容耦合

图 6 消除电感耦合

图 7 消除对外界的干扰

CAN信号传输

上述的电位差（差分电平）与逻辑电平是通过CAN收发器实现的。在传输过程中，CAN控制器将CPU传输的信号转换为逻辑电平。CAN收发器接收到逻辑电平后，将其转换为差分电平并输出到CAN总线。

图9 CAN信号发送

在接收过程中，CAN收发器发送CAN_H和CAN_L线路上传输的差电平被转换为逻辑电平并输出到CAN控制器，然后CAN控制器将逻辑电平转换为相应的信号并发送到CPU。

图10 CAN信号接收

简单地说，这意味着变送器通过CAN收发器改变总线电平，并将其信息传输到CAN总线。接收器通过监测总线电平将总线上的信息读取到自己的CAN收发器中。

如上所示，CAN总线有两种架构，两种形式的CAN信号，以及发送和接收CAN信号的两个过程。

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