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25-CAN总线

news 来源：原创 2025/5/21 9:43:55

一、什么是CAN总线？（理解CAN重点）

CAN总线（Controller Area Network Bus）控制器局域网总线

CAN总线是由BOSCH公司开发的一种简洁易用、传输速度快、易扩展、可靠性高的串行通信总线，广泛应用于汽车、嵌入式、工业控制等领域

注意：

CAN 协议：在汽车和工业领域几乎不可替代，因其高可靠性和实时性，常用于刹车系统、发动机控制等关键场景。

CAN总线特征：

两根通信线（CAN_H、CAN_L），线路少，无需共地

差分信号通信（两线决定一位数据），抗干扰能力强，差分信号线一般使用双绞线

高速CAN（ISO11898）：125k~1Mbps, 低速CAN（ISO11519）：10k~125kbps,

异步，无需时钟线，通信速率由设备各自约定

半双工，可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序

11位/29位报文ID，用于区分消息功能，同时决定优先级

可配置1~8字节的有效载荷（有效长度）

可实现广播式和请求式两种传输方式

应答、CRC校验、位填充、位同步、错误处理等特性

二、主流通信协议对比（重点）

应用场景：

USART:调试串口、蓝牙模块、GPS 模块。

I2C:传感器、EEPROM()、低速多设备通信。

SPI:高速设备（如 Flash、显示屏、ADC/DAC）。

CAN:汽车电子（ECU 通信）、工业控制（PLC）、机器人。

接线图:

USART

IIC:

SPI:

SS1 SS2 SS3:使能端

三、CAN物理层

1、CAN硬件电路

每个设备通过CAN收发器挂载在CAN总线网络上

CAN控制器引出的TX和RX与CAN收发器相连，CAN收发器引出的CAN_H和CAN_L分别与总线的CAN_H和CAN_L相连

高速CAN使用闭环网络，CAN_H和CAN_L两端添加120Ω的终端电阻

低速CAN使用开环网络，CAN_H和CAN_L其中一端添加2.2kΩ的终端电阻

控制器：

CAN控制器在芯片内部，收发器一般是芯片外一个电路模块。

收发器：

CAN收发器(是MCU外的一个芯片)的作用：实现电平转转换、输出驱动和输入采样

有四个引脚：TX、RX、CAN_H、CAN_L

高速CAN有120Ω的终端电阻主要有2个作用：

1、防止回波反射

2、在没有设备操作时，将2根差分线的电压收紧，也就是使其电压一致

2、CAN电平标准（重点）

CAN总线采用差分信号，即两线电压差（VCAN_H、VCAN_L）传输数据位（下图可见）

高速CAN规定：

电压差为0V时表示逻辑1（隐性电平）

电压差为2V时表示逻辑0（显性电平）

低速CAN规定：

电压差为-1.5V时表示逻辑1（隐性电平）

电压差为3V时表示逻辑0（显性电平）

四、帧格式（重点）

1、CAN总线帧格式

CAN协议规定了以下5种类型的帧：（重要的是数据帧和遥控帧）

2、数据帧

数据帧分为标准帧与扩展帧，标准帧与扩展帧区别在于报文ID长度不同，标准帧为11位，扩展帧为：29位

注意点：

数据帧有标准格式和扩展格式两种，CAN总线刚制定时，只有标准格式，扩展格式是后来新增的，扩展格式增加了ID位数，能承载更多种类的ID。

标准格式分析：

在发送数据帧之前，总线必须处于空闲状态，空闲状态时，总线是隐性电平（逻辑电平表示为高电平1）

SOF（帧起始）：

低电平，显性电平0 作用：打破总线空闲，开始一帧数据，并告诉接收方，后续若发送隐性1，即是发送过去的1。

报文ID：

1、表示后面数据的功能

2、区分优先级：多个设备同时发送时，根据仲裁规则，ID小的报文优先发送，ID大的报文等待下一次总线空闲再重试发送

3、标准帧ID为11位，扩展帧ID为29位。

RTR（远程请求标志位）：

用于区分数据帧或遥控帧（数据帧为显性0，遥控帧为隐性1）

报文ID+RTR位称为仲裁段

IDE（ID扩展标志位）：（在没有扩展帧之前是r1保留位）

用于区分标准格式还是扩展格式，标准格式为显性０，扩展格式为隐性１

r0：保留位(未用到)

DLC（数据段长度）：即上面所说的有效长度

发送1个字节：0001 为显显显隐（数据段为1字节）

发送8个字节：1000 为隐显显显（数据段为8字节）

Data:有效载荷（一帧携带的数据）

数据长度为1~8字节

CRC（校验算法）：

对数据位进行CRC算法计算（SOF–Data）,得出的校验码赋给CRC校验位，接收方接收到数据和校验码后，也会调用CRC算法进行计算，看看计算的校验码是否一致，以判断传输是否有误

CRC界定符：1位，必须是隐性电平（这里的CRC界定符和下面的ACK界定符都可以理解为CRC校验和ACK应答的延时作用）

ACK槽：做应答

发送方发送完一帧数据后，在应答这一位，发送方释放总线，总线回归默认状态（隐性1），如果接收方收到数据，在ACK槽这一位，把总线拉开，使总线呈现显性０的状态，发送方释放总线后，在ACK槽会读取总线状态，如果发送方读取为显性0，说明有接收方正确接收数据，若为隐性1 ，说明发送失败，发送方可以配置自动重发，也可以什么都不做，总之发送方知道发送状态就行。

ACK界定符：

*（ACK槽设计和ACK界定符，CRC界定符的用途）*总结：发送方发隐性1，若接收方存在，则接收方要发显性0，若不存在，无显性0，在ACK槽这一位前后，操作总线权力有短暂交换，前面所有波形，只有发送方有权操做总线，在ACK槽这一位时，变为接收方操作总线，为了给权力交接留出时间，ACK槽前后留了两个界定符，在CRC界定符时，发送方必须发隐性1，作用1是做分隔，作用2是在ACK槽之前，发送方必须释放总线（发送隐性1为释放总线），之后再ACK槽的时间点，接收方会拉开总线， ACK槽接收后，也需要释放总线，所有再ACK界定符时，接收方必须及时释放总线，交出控制权。

EOF（帧结束）：

应答结束后，发送方发7个隐性1

小结：设计一个波形承载数据，需要有数据段，又需要数据段的字节是可调的，就加了DLC，用于指定数据段的长度，为了区分这个数据的功能，需要加上ID号，为了实现广播式，类似于只写，或者是请求式，类似于读取，用RTR位进行区分，为了判断书是否正确传输，加上了CRC校验，为了判断是否有接收方，加了应答设计，r0,r1留的保留位，为了后续升级使用，最后整个波形，加上起始和结束就完成了