CAN总线学习（一）CAN总线通讯＆硬件电路

CAN总线学习（一）

一、CAN总线通讯＆硬件电路

1.1 CAN简介

• 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，广泛运用于汽车、嵌入式、工业控制等领域
• CAN总线特征
  • 两根通信线(CAN_H、CAN_L)，线路少，无需共地(实际使用中为了防止较高的共模电压还是会共地的)
  • 差分信号通信，抗干扰能力强
  • 高速CAN(ISO11898)：125k~1Mbps，<40m
  • 低速CAN(ISO11519)：10k~12kbps, <1km
  • 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可以通过仲裁判断先后顺序
  • 11位或者29位报文ID，用于区分消息功能，同时决定优先级
  • 一个数据帧可以配置1~8字节的有效载荷
  • 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

1.2 和主流协议对比

• CAN最大的优势就是多主控系统的相互通信

1.3 CAN硬件电路

• 每个设备通过CAN收发器挂载到CAN总线网络上(CAN收发器主要实现电平转换，输出驱动和输入采样的功能)
• 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(防止回波反射，拉紧两根线的电压一致，代表逻辑1状态，类似I2C的上拉电阻)
• 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
  

1.4 CAN电平标准

• CAN总线采用差分信号，即两线电压差(V_{CAN_H}-V_{CAN_L})传输数据位
• 高速CAN规定：电压差0V位逻辑1(隐形电平)，2V为逻辑0(显性电平)
• 低速CAN规定：电压差-1.5V位逻辑1(隐形电平)，3V为逻辑0(显性电平)
  

CAN收发器-TJA1050(高速CAN)

• SOP-8封装，8引脚，分别是VCC、GND供电，CAN_H、CAN_L接总线，TX、RX连CAN控制器，Vref输出参考电压(Vref 引脚输出电压为电源电压 VCC 的一半，一般不用)，S选择运行模式(高速为一般模式，静音为只接受的模式)

共模电压(为啥CAN通信在实际使用中需要共地)

• 引入两个概念，共模电压和差模电压

  • 共模电压是同时出现在差分信号的两根导线（CAN_H 和 CAN_L）上，相对于一个公共参考点（通常是地）的相同电压
  • 例如有AB两个设备在进行CAN通信，他们没有共地，A的地参考电压比B高5V，A向B发送了一个显性电平，V_{CAN_H} = 3.5V V_{CAN_L} = 1.5V
  • 首先要明确共模电压和差模电压的参考点都是要确定的一个设备(A或B)

• 针对A来计算

  • 共模电压：
    V_common = (V_{CAN_H}+V_{CAN_L})/2 + V_GND = (3.5+1.5)/2 + 0 = 2.5V；
  • 差模电压：
    V_diff = (V_{CAN_H}-V_{CAN_L})/2 = (3.5+1.5)/2 = 2V；

• 针对B来计算

  • 共模电压：
    V_common = (V_{CAN_H}+V_{CAN_L})/2 + V_GND = (3.5+1.5)/2 + 5 = 7.5V；
  • 差模电压：
    V_diff = (V_{CAN_H}-V_{CAN_L})/2 = (3.5+1.5)/2 = 2V；

• 对于一个芯片，如CAN通信的引脚电压范围小于7.5就会被烧坏，这就是共模电压的影响。

• CAN信号是利用差分信号不收共模电压的影响来实现稳定通信的，但是要防止共模电压过高烧坏芯片。

附学习参考网址

1. CAN总线入门教程-全面细致 面包板教学 多机通信
2. 共模电压与差模电压区别
3. TJA1050数据手册

欢迎大家有问题评论交流 (* ^ ω ^)