一張圖看懂CAN總線的原理

圖1 CAN通信原理

參考上圖，簡(jiǎn)單來說CAN總線就如兩根黃線，通信的原理就好比開一個(gè)電話會(huì)議，大家都同時(shí)撥進(jìn)來，然后有各種不同的狀態(tài)，比如：一個(gè)人說話，其他人聽；或者多個(gè)人同時(shí)想發(fā)言，但也會(huì)讓其中一個(gè)人先說，其他人聽；還有一個(gè)人要求另一個(gè)人來說；還有些掉線了，卡頓了等等。

為了確保每次電話會(huì)議針對(duì)上述情況正確有效地進(jìn)行，我們需要一些每個(gè)人都應(yīng)該遵守的規(guī)則或協(xié)議。CAN總線通信與這種電話會(huì)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(gòu)簡(jiǎn)介

CAN總線是一種用于不同控制單元之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?dǎo)線。CAN總線協(xié)議是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，由兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，屬于閉環(huán)總線，傳輸速率可達(dá)1Mbps，總線長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)，屬于開環(huán)總線，傳輸速率為40kbps時(shí)，總線長(zhǎng)度可達(dá)1000米，如圖2。

圖2

CAN的應(yīng)用

CAN總線會(huì)有終端電阻，一般來說都是120歐姆，實(shí)際上在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也是兩個(gè)60歐姆的電阻串起來的，而總線上一般有兩個(gè)120歐姆的節(jié)點(diǎn)。終端電阻的作用有三個(gè)：

①提高干擾防護(hù)能力，快速消除高頻低能量信號(hào)。

②確保總線快速進(jìn)入隱藏狀態(tài)，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(hào)質(zhì)量。

圖3

電信號(hào)的傳輸是通過區(qū)分高電壓和低電壓來進(jìn)行的，就像CAN通信一樣。CAN總線的兩條信號(hào)線是CAN高（CAN_H）和CAN低（CAN_L）。關(guān)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(gè)人都能清楚地理解。

如下圖 4 所示：

圖4

注1：在實(shí)際開發(fā)中，兩條線路的電壓都以默認(rèn)值波動(dòng)，這也是使用差動(dòng)傳輸減少誤差和噪聲干擾的優(yōu)點(diǎn)；

注2：CAN總線采用“線路和”規(guī)則進(jìn)行總線套利，即如果同時(shí)發(fā)送多個(gè)CAN信號(hào)，有些發(fā)送1，有些發(fā)送0，只要有0，則當(dāng)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(hào)有較好的抗干擾能力，但是長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸時(shí)，我們通常會(huì)采用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以此來從物理上減弱噪聲對(duì)信號(hào)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(duì)外界的干擾

CAN信號(hào)傳輸

上述的電位差（差分電平）與邏輯電平是通過CAN收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的。在傳輸過程中，CAN控制器將CPU傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換為邏輯電平。CAN收發(fā)器接收到邏輯電平后，將其轉(zhuǎn)換為差分電平并輸出到CAN總線。

圖9 CAN信號(hào)發(fā)送

在接收過程中，CAN收發(fā)器發(fā)送CAN_H和CAN_L線路上傳輸?shù)牟铍娖奖晦D(zhuǎn)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(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)并發(fā)送到CPU。

圖10 CAN信號(hào)接收

簡(jiǎn)單地說，這意味著變送器通過CAN收發(fā)器改變總線電平，并將其信息傳輸?shù)紺AN總線。接收器通過監(jiān)測(cè)總線電平將總線上的信息讀取到自己的CAN收發(fā)器中。

如上所示，CAN總線有兩種架構(gòu)，兩種形式的CAN信號(hào)，以及發(fā)送和接收CAN信號(hào)的兩個(gè)過程。

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