一文详解CAN总线技术

时间： 2024-06-07 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

CAN总线是什么意思？

CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性，而且要能够检测出总线的任何错误。当信号传输距离达10Km时CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。

控制器局域网(CAN) 简介

控制器区域网 (CAN) 是ISO为实时应用定义的串行通信总线。它在二十世纪八十年度由Bosch公司推出，用于为汽车电子设备提供经济高效的通信。CAN总线的数据速率高达 1Mb/s，具有出色的错误检测能力，而且极为可靠。基于这些特性，CAN总线在汽车行业一直得到广泛应用，并且在制造、航空航天和其他许多涉及数据通信的工业领域中也越来越多地使用这一总线进行系统和子系统间的通信。

图1是汽车中CAN总线系统的实例。典型的汽车系统可能有几个工作于不同速度、执行不同任务的CAN网络。例如，用于机械传动系统的高速网络，以及用于环境控制、照明和防抱死系统的若干网络。

图1. CAN汽车系统实例

CAN总线特点

CAN是到目前为止为数不多的有国际标准的现场总线CAN通讯距离最大是10公里（设速率为5Kbps）,或最大通信速率为1Mbps（设通信距离为40米）。 CAN总线上的节点数可达110个。通信介质可在双绞线，同轴电缆，光纤中选择。CAN采用非破坏性的总线仲裁技术，当多个节点同时发送数据时，优先级低的节点会主动退出发送，高优先级的节点可继续发送，节省总线仲裁时间。CAN是多主方式工作，网上的任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息。CAN采用报文识别符识别网络上的节点，从而把节点分成不同的优先级，高优先级的节点享有传送报文的优先权。报文是短帧结构，短的传送时间使其受干扰概率低，CAN有很好的效验机制，这些都保证了CAN通信的可靠性。

CAN总线的应用

CAN总线已应用到铁路、交通、国防、工程、工业机械、纺织、农用机械、数控、医疗器械机器人、楼宇、安防等方面。

如何调试CAN总线系统？

CAN串行总线系统具有多主器件能力，这意味着所有CAN节点都可发送数据，多个CAN节点也可同时向总线请求数据。

与传统网络不同，CAN不是从一个点向另一个点发送消息。在CAN网络中，器件没有通常意义上的地址，因为是由数据而不是由器件给出识别符。优先级方案称为带冲突检测的载波侦听多址连接 (CSMA/CD)，它将定义哪个器件是特定时间的总线控制器。具有最小数值的识别符有最高优先级，并获得对总线的控制。任何潜在的总线冲突都可在硬件内解决。消息在网络中广播，任何节点若想获取该消息，都可获取。此外，CAN总线是双线总线，总线信号称为CAN_高和CAN_低。由于采用差分电压设计，CAN总线有良好的噪声抗扰度和容错能力。

许多半导体厂商都可提供低价位CAN控制器、内嵌有CAN控制器的微控制器及接口器件。图2显示了典型的CAN节点，包括使用外部地址总线的微控制器和专门的CAN控制器。某些控制器具有与地址总线上的并行器件相连的专门接口，也可使用另一种串行总线接口，例如SPI。CAN收发信机包括发送边和接收边，可同时在总线上进行读写操作。