CAN总线协议
CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车、工业自动化等领域的串行通信协议，由德国Bosch公司在1980年代开发，主要用于实时、可靠的数据传输。以下是其核心要点：
1. 基本特性
- 多主通信：所有节点均可主动发送消息，通过仲裁机制避免冲突。
- 差分信号：使用CAN_H和CAN_L双线传输，抗干扰能力强。
- 实时性：基于优先级（ID决定）的非破坏性仲裁，高优先级消息优先发送。
- 速率：
- 标准CAN（CAN 2.0A/B）：最高1 Mbps（短距离），常见125 kbps~500 kbps。
- CAN FD（灵活数据速率）：提升至5 Mbps以上，数据段可变长度。
2. 帧类型
-
数据帧：携带实际数据，结构如下：
- 仲裁域（ID）：11位（标准帧）或29位（扩展帧），决定优先级。
- 控制域：数据长度（DLC，0~8字节，CAN FD可达64字节）。
- 数据域：实际传输的数据。
- CRC域：校验数据完整性。
- ACK域：接收节点确认。
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远程帧：请求发送特定ID的数据（无数据域）。
-
错误帧：通知总线错误。
-
过载帧：延迟下一帧传输。
3. 仲裁机制
- 非破坏性逐位仲裁：发送时同时监听总线，若ID位为隐性（1）但检测到显性（0），则退出仲裁。ID值越小，优先级越高。
4. 错误处理
- 5种错误检测：
- CRC错误、格式错误、应答错误、位错误、填充错误（每5个相同位插入相反位）。
- 错误状态：节点根据错误计数进入“主动错误”、“被动错误”或“总线关闭”状态。
5. 物理层
- 终端电阻：总线两端需接120Ω电阻匹配阻抗。
- 电平：
- 显性电平（0）：CAN_H ≈ 3.5V，CAN_L ≈ 1.5V。
- 隐性电平（1）：CAN_H = CAN_L ≈ 2.5V。
6. 应用场景
- 汽车电子：ECU（发动机控制单元）、传感器、仪表通信。
- 工业控制：PLC、机器人、传感器网络。
- 医疗设备：高可靠性要求的设备间通信。
7. CAN变种
- CAN FD：提升数据段速率和长度（兼容经典CAN）。
- CAN XL：更高带宽（10+ Mbps），支持更大数据包（仍在发展中）。
8. 协议栈
- 底层：物理层（ISO 11898）、数据链路层（CAN控制器）。
- 上层协议：
- CANopen：工业自动化常用。
- J1939：商用车标准（基于29位ID）。
示例代码（Arduino + CAN）
#include <CAN.h>
void setup() {CAN.begin(500E3); // 初始化500 kbps
}void loop() {CAN.beginPacket(0x12); // 标准帧ID=0x12CAN.write('A'); // 发送1字节数据CAN.endPacket();delay(1000);
}
关键优势
- 可靠性：错误检测与重发机制。
- 灵活性：支持多节点、动态增减设备。
- 成本低：简化布线，适合复杂系统。
适用于需要高实时性和抗干扰能力的分布式控制系统。