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1、 1 手把手教你设计 CAN 总线系列讲座(1)CAN 实验设备和器材准备 一.CAN 实验设备和器材使用简介 1 CAN 总线简介（1）什么是 CAN 总线 CAN（Controller Area Network，控制器局域网）是一种高性能、高可靠性、易开发和低成本的现场总线，在全球得到广泛应用，也是最早在我国应用的现场总线之一。CAN 是 20 世纪 80 年代（1983）德国 Bosch（博世）公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信总线。最初，CAN 作为汽车的监测、控制系统而设计，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
2、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。现在，由于 CAN 总线自身的特点，其应用领域已由汽车行业扩展到过程工业、机械工业、机器人和楼宇自动化等领域。（2）CAN 总线特点 CAN 与其他现场总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其技术特点如下：CAN 从本质上讲是一种多主或对等网络，网络上任一节点均可主动发送报文，不分主从，通信方式灵活。废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据进行编码；通过报文过滤，可实现点对点、多点播送（传送）、广播等几种数据传送方式。采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。CAN的每帧信息都有 CRC
3、及其他检错措施，降低了数据出错概率。具有多种检错措施及相应的处理功能，检错效果极好，处理功能很强，保证了通信的高可靠性。位错误和位填充错误检测、CRC 校验、报文格式检查和应答错误检测及相应的错误处理。通信介质（媒体）可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。总线长度可达 10km（速率为 5kbps 及其以下）；网络速度可达 1Mbps（总线长度为 40m 及其以下）。网络上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达 110 个；标准格式的报文标识符可达 2032 个，而扩展格式的报文标识符的个数几乎不受限制 通过报文标识符来定义节点报文的优先级。对于实时性要求不同的节点报文，可定义不同级别的优先
4、级，从而保证高优先级的节点报文得到优先发送。采用非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲突。通过采用这种机制，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。即使在网络负载很重时，也不会出现网络瘫痪现象。发生严重错误的节点具有自动关闭输出的功能，以使总线上其他节点的通信能够继续进行。（3）CAN 总线与 RS-485 总线比较 RS-485 是一种半双工、全双工异步通信总线，是为弥补RS-232 通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485 只规定了平衡驱动器和接收器的电气特性，2 而没有规定接插件、传
5、输电缆和应用层通信协议，因而在当时看来是一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远和宽共模范围的平台。RS-485 总线上只能有一个主机，往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。但是，CAN-bus 是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性而且能够检测出产生的任何错误。CAN-bus 总线在通信能力可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势，成为业界最有前途的现场总线之一。RS-485 与 CAN 总线性能比较如下：CAN 控制器工作于多主方式，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
6、构的逐位仲裁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。CAN 总线通过 CAN 控制器接口芯片 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。这就保证不会出现象在 RS-485 网络中，当系统有
7、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，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期，这些是只有电气协议的RS-485 所无法比拟的。表 4-1 RS-485 与 CAN 总线性能比较表 特性 RS-485 CAN-bus 单点成本 低廉 稍高 系统成本 高 较低 总线利用率 低 高 网络特性 单主网络 多主网络 数据传输率
8、低 高 容错机制 无 可靠的错误处理和检错机制 通讯失败率 高 极低 节点错误的影响 导致整个网络的瘫痪 无任何影响 通讯距离 0.75Vcc 待机方式 IRS|10uA|10uA-IRS200uA 斜率控制 0.4VccVRS0.6Vcc VRS0.3Vcc 高速方式-IRS500uA 在高速工作方式下，发送器输出晶体管简单地以尽可能快的速度启闭。在这种方式下，不采取任何措施限制上升和下降斜率。建议使用屏蔽电缆以避免射频干扰问题。通过将引脚 8 接地可选择高速方式。表 4 CAN 收发器真值表 电源 TXD CANH CANL 总线状态 RXD 4.55.5V 0 高电平 低电平 显性 0 4.55.5V 1(或悬浮)悬浮状态 悬浮状态 隐性 1 2V 悬浮状态 悬浮状态 隐性 2VVcc0.75Vcc 悬浮状态 悬浮状态 隐性 2VVcc0.75Vcc则悬浮 VRS0.75Vcc则悬浮