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CAN總線由來

CAN總線最早是由Bosch和Intel在80年代末開發(fā)的，雖然最早是用在汽車級(jí)的通信系統(tǒng)中的，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，CAN總線應(yīng)用范圍已經(jīng)不在局限于汽車中，像機(jī)器人、工業(yè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)中，都有廣泛的應(yīng)用。

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CAN總線為什么這么好用

以CAN總線應(yīng)用最廣的汽車給大家舉例，汽車電子控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信基本上都是通過CAN總線實(shí)現(xiàn)。

在下圖中，Motronic控制單元和變速箱控制單元之間的數(shù)據(jù)通信包含5根數(shù)據(jù)線。這還僅僅是兩個(gè)控制器之間的傳輸線。如果我們再加上轉(zhuǎn)向控制、雨刷控制、車窗控制等等，就需要大量的信號(hào)數(shù)據(jù)線，這個(gè)時(shí)候會(huì)導(dǎo)致整車的電子控制系統(tǒng)線路復(fù)雜，維修起來也非常困難。

而如果使用CAN總線，各個(gè)控制單元之間的信息通過兩根數(shù)據(jù)線就可以進(jìn)行交換了：

使用CAN總線之后的通信網(wǎng)絡(luò)對比：

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CAN總線技術(shù)原理

CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且支持多主控制器。

當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。

CAN總線的軟件報(bào)文

在上面這組報(bào)文中：

仲裁域， 每組報(bào)文開頭內(nèi)容，前11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中 標(biāo)識(shí)符是唯一的 ，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競爭總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。

在仲裁域的最后一位是遠(yuǎn)程傳輸請求位（RTR），代表信息幀是數(shù)據(jù)幀還是不包含任何數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)地請求幀

控制域， 前兩位是保留位，作為擴(kuò)展位，DLC表示一幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目。

數(shù)據(jù)域， 包含0～8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

校驗(yàn)域， 檢驗(yàn)位錯(cuò)用的循環(huán)冗余校驗(yàn)域，共15位。

結(jié)束域， 由七位隱性電平組成。

CAN總線是可靠性很高的總線，共有五種錯(cuò)誤：

CRC錯(cuò)誤： 發(fā)送與接收的CRC值不同發(fā)生該錯(cuò)誤；

格式錯(cuò)誤： 幀格式不合法發(fā)生該錯(cuò)誤；

應(yīng)答錯(cuò)誤： 發(fā)送節(jié)點(diǎn)在ACK階段沒有收到應(yīng)答信息發(fā)生該錯(cuò)誤；

位發(fā)送錯(cuò)誤： 發(fā)送節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息時(shí)發(fā)現(xiàn)總線電平與發(fā)送電平不符發(fā)生該錯(cuò)誤；

位填充錯(cuò)誤： 通信線纜上違反通信規(guī)則時(shí)發(fā)生該錯(cuò)誤。

當(dāng)發(fā)生這五種錯(cuò)誤之一時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接受節(jié)點(diǎn)將發(fā)送錯(cuò)誤幀。

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CAN總線物理層

在節(jié)點(diǎn)終端的接口器件有三種形式，如下圖：

CAN總線的終端電阻的接法如下：

增加終端電阻的目的是為了增強(qiáng)CAN通訊的可靠性，消除CAN總線終端信號(hào)反射干擾。CAN總線網(wǎng)絡(luò)最遠(yuǎn)的兩個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻，如上圖。一般如果CAN總線使用的是在雙絞線上運(yùn)行，這時(shí)我們會(huì)增加120Ω的電阻，這是因?yàn)槠ヅ潆娮枋怯蓚鬏旊娎|的特性阻抗決定的。

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常用CAN控制器與收發(fā)器

在開發(fā)板上CAN總線需要控制器和收發(fā)器，下圖是常用的CAN總線接口電路：

SJA1000是用的較多的獨(dú)立CAN控制器，價(jià)格又很便宜，幾十塊錢。SJA1000可以和51單片機(jī)、STM32等組合快速搭建CAN總線網(wǎng)絡(luò)。SJA1000通過并行總線與MCU連接，需要通過地址、數(shù)據(jù)、讀寫控制等多個(gè)線進(jìn)行連接。

PCA82C250收發(fā)器是CAN控制器的物理接口，可以給總線提供差動(dòng)發(fā)送和接受信號(hào)。和SJA1000一樣，都是采用5V供電。

沒玩過CAN總線的小伙伴，可以自制或者淘寶購買2個(gè)帶有單片機(jī)+控制器和收發(fā)器的開發(fā)板，兩者之間一對一點(diǎn)對點(diǎn)通信，一塊作為主控發(fā)送控制數(shù)據(jù)，另一塊接受數(shù)據(jù)并執(zhí)行操作，比如點(diǎn)個(gè)燈。如此簡單，就試試吧！