嵌入式面试题：CAN 与 I2C 核心对比（含优缺点，实操视角）
核心结论：CAN 偏工业 / 车载 “远距离、抗干扰、多电机” 场景，I2C 偏板级 “近距离、多传感器、低成本” 场景，差异全在适配性，优缺点互为补充。
| 对比维度 | CAN（控制器局域网） | I2C（内部集成电路） |
|---|---|---|
| 核心定位 | 工业 / 车载级多设备总线，主打可靠与实时性 | 板级近距离总线，主打简洁与低成本 |
| 身份标识 | 帧内 ID 字段（动态贴标签，收发均需手动设 ID） | 设备自带从机地址（固定地址 + 引脚可调，主机喊地址匹配） |
| 总线结构 | 2 根线（CAN_H/CAN_L，差分信号）+ 两端 120Ω 终端电阻 | 2 根线（SDA 数据线 / SCL 时钟线），无需终端电阻 |
| 通信距离 & 速率 | 距离远（最长 10km@5kbps），速率中等（最高 1Mbps） | 距离近（最长 10m@100kbps），速率中等（最高 400kbps 高速模式） |
| 抗干扰能力 | 强（差分信号，适配电机、车载等强电磁干扰环境） | 弱（单端信号，易受板内布线干扰，仅适合板级短距离） |
| 多设备支持 | 支持 110+ 节点，无地址冲突（ID 可灵活分配） | 支持 10+ 节点（受地址位限制，多设备需调地址防冲突） |
| 实时性 & 容错 | 高（优先级传输 + 自动错误重发，紧急数据先传） | 低（主机主导时钟，无优先级，冲突后需重新通信） |
| 代码复杂度 | 较高（需配置波特率、滤波、ID，处理帧结构） | 极低（仅需指定从机地址，API 简洁，无需复杂协议处理） |
| 硬件成本 | 中高（需 CAN 收发器如 TJA1050，终端电阻） | 极低（无需额外芯片，MCU 自带 I2C 外设直接接线） |
| 典型场景 | 电机控制、车载电子、工业机械臂、远距离传感器网络 | 板载传感器（温湿度、陀螺仪）、OLED 屏、EEPROM、芯片间通信 |
一、CAN 优缺点
优点：
- 抗干扰极强：差分信号设计，能在电机、汽车等强电磁环境下稳定传输，几乎不会丢包；
- 远距离 + 多节点：支持千米级传输，可挂百个设备，适合多电机、分布式控制；
- 实时容错：支持数据优先级（比如电机过载报警比转速指令先传），自动检测错误并重发，避免失控；
- 无地址冲突：ID 可灵活分配，新增设备只需设新 ID，不用改现有设备配置。
缺点：
- 硬件复杂：需额外加 CAN 收发器和终端电阻，布线要注意差分线匹配；
- 代码繁琐：要配置帧头、滤波、ID，协议层处理比 I2C 多；
- 成本较高：收发器 + 电阻增加硬件成本，不适合低成本小项目。
二、I2C 优缺点
优点：
- 极简易用：仅 2 根线，无需额外硬件，MCU 直接接线，代码只需调用地址 + 收发 API；
- 低成本：无额外芯片成本，布线简单，适合板内多传感器密集布局；
- 地址灵活：部分设备可通过 ADDR 引脚调地址，解决多设备冲突问题；
- 适配小数据：单次传 1-8 字节，完美匹配传感器（温湿度、光照）等小数据场景。
缺点：
- 抗干扰差：单端信号，板内布线过长或靠近电机、电源会丢包；
- 距离受限：仅适合板级（比如一块 PCB 上的多个芯片），超过 10cm 信号就不稳定；
- 实时性弱：主机控制时钟，所有设备按时钟同步，无紧急数据优先级；
- 节点有限：7 位地址仅支持 127 个设备，实际中多设备易冲突，且无错误重发机制。
简单总结：
- 若做「车载 / 工业多电机、远距离控制」：选 CAN，牺牲一点复杂度换可靠性；
- 若做「电路板上多传感器（如温湿度、OLED）」：选 I2C，用极简方案省成本。
CAN 总线必须用 120 欧终端电阻，核心是匹配 CAN 双绞线特征阻抗并适配协议特性，既符合国际标准，又能解决信号传输中的多个关键问题，具体原因如下：
- 匹配阻抗，消除信号反射：CAN 总线常用的双绞线特征阻抗恰好是 120 欧。高速传输时信号到总线两端会因阻抗突变反射，反射波与原信号叠加会产生振铃、过冲，导致信号失真。120 欧终端电阻能吸收这部分反射能量，让信号波形规整，这也是其最核心作用，且 ISO11898 国际标准也明确规定该阻值。
- 加速总线状态切换：CAN 总线有显性和隐性两种状态，显性状态下总线寄生电容会充电。若没有终端电阻，电容只能通过收发器内部高阻电路放电，放电慢会导致总线无法快速切换到隐性状态，影响通信速率。120 欧电阻能提供低阻放电通道，让电容快速释放能量，保障高低速通信时状态切换的及时性。
- 提升隐性状态抗干扰能力：隐性状态下 CAN 收发器处于高阻态，极小的干扰能量就可能让总线误触发为显性状态。120 欧终端电阻作为差分负载，可给干扰信号提供泄放路径，吸收高频噪声能量，避免干扰伪造显性信号，大幅降低外界干扰对总线通信的影响。
分别提供 CAN 通信（STM32 控制电机） 和 I2C 通信（STM32 读取温湿度传感器） 的极简示例代码，基于 STM32 HAL 库，可直接参考移植。
一、CAN 通信示例（控制带 CAN 接口的电机驱动器）
功能：STM32 通过 CAN 总线给电机发送转速指令，并接收电机反馈的实际转速
#include "stm32f1xx_hal.h"// CAN句柄及帧结构
CAN_HandleTypeDef hcan;
CAN_TxHeaderTypeDef tx_header; // 发送帧头（含ID）
CAN_RxHeaderTypeDef rx_header; // 接收帧头（含ID）
uint8_t tx_buf[8]; // 发送数据缓存
uint8_t rx_buf[8]; // 接收数据缓存
uint32_t tx_mailbox; // 发送邮箱// 1. CAN初始化（波特率500Kbps，匹配工业常用标准）
void CAN_Init(void) {hcan.Instance = CAN1;hcan.Init.Prescaler = 6; // 波特率=36MHz/(6*(1+11+4))=500Kbpshcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; // 正常收发模式hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_11TQ;hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_4TQ;hcan.Init.AutoBusOff = ENABLE; // 自动恢复总线HAL_CAN_Init(&hcan);// 配置滤波器（只接收电机反馈ID=0x201的数据）CAN_FilterTypeDef filter;filter.FilterBank = 0;filter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;filter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;filter.FilterIdHigh = 0x201 << 5; // 目标ID=0x201（左移5位适配32位格式）filter.FilterMaskIdHigh = 0x7FF << 5; // 掩码：只匹配ID=0x201的帧filter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;filter.FilterActivation = ENABLE;HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &filter);HAL_CAN_Start(&hcan); // 启动CANHAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING); // 使能接收中断
}// 2. 发送电机转速指令（目标ID=0x101，数据格式：前2字节为转速值）
void CAN_SendSpeedCmd(uint16_t speed) {tx_header.StdId = 0x101; // 电机驱动器接收ID（收件人身份）tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA; // 数据帧tx_header.IDE = CAN_ID_STD; // 标准11位IDtx_header.DLC = 2; // 数据长度2字节tx_buf[0] = (speed >> 8) & 0xFF; // 转速高8位tx_buf[1] = speed & 0xFF; // 转速低8位HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &tx_header, tx_buf, &tx_mailbox); // 发送
}// 3. 接收中断：解析电机反馈的实际转速（ID=0x201）
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) {HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_buf);if (rx_header.StdId == 0x201) { // 确认是电机反馈ID（发件人身份）uint16_t actual_speed = (rx_buf[0] << 8) | rx_buf[1]; // 解析转速// 可通过串口打印调试：printf("实际转速：%d RPM\r\n", actual_speed);}
}// 主函数调用
int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config(); // 系统时钟初始化（需自行实现）CAN_Init(); // 初始化CANwhile (1) {CAN_SendSpeedCmd(1500); // 发送转速指令（1500 RPM）HAL_Delay(1000); // 每秒发送一次}
}
二、I2C 通信示例（读取 AHT20 温湿度传感器）
功能：STM32 通过 I2C 读取 AHT20 的温度和湿度数据（传感器从机地址固定为 0x38）
#include "stm32f1xx_hal.h"// I2C句柄
I2C_HandleTypeDef hi2c1;// 1. I2C初始化（速率100Kbps，标准模式）
void I2C_Init(void) {hi2c1.Instance = I2C1;hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000; // 100Kbpshi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0; // 主机模式，无需自身地址hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT; // 7位地址hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;HAL_I2C_Init(&hi2c1);
}// 2. 读取AHT20温湿度数据（从机地址0x38）
void AHT20_ReadData(float *temp, float *humi) {uint8_t cmd[3] = {0xAC, 0x33, 0x00}; // 读取数据指令uint8_t data[6]; // 接收传感器返回的6字节数据// 步骤1：发送读取指令（地址0x38，写操作）HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x38 << 1, cmd, 3, 100);HAL_Delay(80); // 等待传感器采样完成// 步骤2：接收返回数据（地址0x38，读操作：0x38<<1 | 0x01）HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, (0x38 << 1) | 0x01, data, 6, 100);// 步骤3：解析数据（按AHT20手册公式计算）uint32_t humi_raw = ((uint32_t)data[1] << 12) | ((uint32_t)data[2] << 4) | (data[3] >> 4);uint32_t temp_raw = ((uint32_t)(data[3] & 0x0F) << 16) | ((uint32_t)data[4] << 8) | data[5];*humi = (humi_raw * 100.0f) / (1 << 20); // 湿度：0~100%*temp = (temp_raw * 200.0f) / (1 << 20) - 50; // 温度：-50~150℃
}// 主函数调用
int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config(); // 系统时钟初始化（需自行实现）I2C_Init(); // 初始化I2Cfloat temperature, humidity;while (1) {AHT20_ReadData(&temperature, &humidity);// 可通过串口打印：printf("温度：%.1f℃ 湿度：%.1f%%\r\n", temperature, humidity);HAL_Delay(2000); // 每2秒读一次}
}
核心差异对比（代码层面）
| 特性 | CAN 代码特点 | I2C 代码特点 |
|---|---|---|
| 身份配置 | 需手动设置StdId（收发均需指定 ID） | 只需指定从机地址（如0x38 << 1） |
| 硬件依赖 | 需初始化 CAN 收发器（TJA1050）和终端电阻 | 直接用 MCU 的 I2C 引脚，无需额外硬件 |
| 数据处理 | 需解析帧头 ID，支持多设备区分 | 地址匹配后直接收发，无需处理帧结构 |
| 典型 API | HAL_CAN_AddTxMessage/ 中断回调 | HAL_I2C_Master_Transmit/Receive |