江协科技 CAN总线入门课程(CAN简介硬件电路)

首先，我们将CAN总线协议的特点与之前学习过的主流通信协议进行对比如下：

接下来首先看CAN的硬件电路，下面这两个图就是CAN总线的电路接法，左图为闭环CAN总线，是高速CAN的接法；右图为开环CAN总线，是低速CAN的接法。

•每个设备通过CAN收发器挂载在CAN总线网络上，CAN收发器就是一个芯片，主要实现电平转换、输出驱动和输入采样这几个功能；

•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。最下面的两根线就是串连各个节点的CAN总线，CAN总线里走的是差分信号，一般会用双绞线为载体，避免干扰；

•高速CAN使用闭环网络，CAN_H和CAN_L两端添加120Ω的终端电阻，其主要作用有两个：1.防止回波反射，尤其是高频信号、远距离传输的场景，回波反射是不能忽略的问题；2.在没有设备操作时，将两根差分线的电压收紧，使其电压一致，意思就是在没有设备操作总线的情况下，电阻就像一根弹簧一样，会将两根线的弹簧拉到同一水平。因为CAN总线是差分信号，有两根线，所以两边的终端电阻可以将两根线收紧至电压一致状态，代表的就是默认的1状态，并且这两个电阻的阻值并不大，所以这个收紧的速度是非常快的，使得CAN总线支持的最大速率也比较快。所以当某个设备想发送0时，它就会操作总线，把总线“拉开”，使其呈现0状态，当设备想要发送1时，就不去碰总线，总线在终端电阻的收缩下自动归位默认状态1；一定要注意，当设备想发送1时，它无需对总线进行任何操作，因为总线的默认状态就是1。这就是高速CAN的电路以及高速CAN如何发送0和1的操作方式。

•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

现在来看一下它的具体规定：首先，高速CAN的规定是电压差为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)，这里注意一下，逻辑1又称隐性电平，逻辑0又称显性电平，这个定义是反直觉的，为什么要这样定义呢？我们对照下面的图来理解一下。

当CAN_H和CAN_L对地(相对于GND)的电压都为2.5V时，两线电压相等，电压差为0V，表示当前CAN总线处于逻辑1的状态，当CAN_H对地电压3.5V，CAN_L对地电压1.5V时，两线电压差为2V，表示当前CAN总线处于逻辑0的状态，比如CAN总线想发送101的数据流，那么CAN总线就会呈现出两线收紧、两线张开、两线收紧这样的状态。当然这里，逻辑表示和差分表示完全等效，CAN总线里，实际传输的是差分电平，而在STM32的引脚以及常见的时序画法里会出现逻辑电平表示。显性和隐性，表示的是总线的状态，两线收紧，没有电压差，是默认状态，所以叫隐性；两线张开，产生电压差，是需要设备干预的状态，所以叫显性。这样定义显性隐性是符合常识的。在和逻辑电平的对应上，因为电路约定俗成的习惯，就是默认状态为高电平1，所以默认的隐性电平就和逻辑1绑定了，显性和0绑定。另外，显性电平和隐性电平同时出现时，总线会表现出显性电平状态，这也能对应电路中，0强于1的规定。这就是1对应隐性，0对应显性的设计原因。

        这些就是高速CAN的电平标准定义，之后继续是低速CAN的电平规定，电压差为-1.5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)，在规定上其实和高速CAN差不多，但是低速CAN传输距离更远，考虑到线路会有压降，所以把1和0电平电压的差距加大了，也就是1和0变化的行程更长了，这样即使有一些压降，也能明显地区分出1和0的电平差异。同时我们也看出低速CAN默认的逻辑1，隐性电平，CAN_H和CAN_L的电压并不相等，所以对应其电路，总线两端就不能用终端电阻闭合连在一起。

接着简单看一下CAN收发器的内部框图，刚才我们提到，每个CAN设备，都得通过CAN收发器挂载在总线上，那CAN收发器有什么用，可以干哪些工作呢？我们看一下下面这个框图就知道了。这里介绍的CAN收发器型号是TJA1050,是一个高速CAN的收发器

该芯片的TXD和RXD与设备的CAN控制器相连，CAN_H和CAN_L与CAN总线相连，Vref是参考电压输出，可以不用；S用来选择是高速模式还是静默模式。再看一下芯片内部，首先右边CANH和CANL就是CAN总线，左侧的接收器可以时刻检测总线电压差，如果总线有电压差就输出1，如果总线没有电压差就输出0，这个1和0通过两个场效应管的输出驱动器输出到RXD引脚，这两个管就当作是电子开关，右边为1时，上管断开，下管导通，输出0；右边为0时，上管导通，下管断开，输出1。最终整体上看，当CAN总线有电压差时，输出RXD引脚为低电平，表示显性电平；当CAN总线没有电压差时，输出RXD引脚为高电平，表示隐性电平。所以RXD这一块就是输入部分，那么上面TXD这一块就是输出部分了，当TXD给1时，后面的驱动器就会让后面两个场效应管都断开，相当于不对总线进行任何操作，总线在外边终端电阻的收紧作用下呈现默认的隐性；当TXD给0时，后面的驱动器就会让后面的两个场效应管都导通，上面的Vcc将CANH电压拽高，下面的GND将CANL的电压拽低，这样两线就会分开，产生电压差，总线呈现显性电平0的状态这就是发送0的操作