CAN总线在硬件系统中占据非常重要的地位，是全球应用最广泛的现场总线之一。与我们熟悉的SPI和UART等总线不同，CAN总线属于高端高效的系列。

在嵌入式工程师中，人们普遍知道CAN总线在汽车领域得到广泛应用。实际上，船舶电子设备通信也广泛采用CAN总线。除此之外，在机器人、工业和自动控制系统等领域，CAN总线也被广泛应用。随着国家对海防的重视日益提高，对CAN总线的需求也越来越大。

概述

CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。

当提到CAN总线时，不得不提到德国的Bosch公司，因为CAN总线正是由该公司和Intel于上世纪80年代末共同开发的。

CAN总线具有许多出色的特点，使其能够被广泛应用。例如，它的传输速度最高可达1Mbps，通信距离最远可达10km，具有无损位仲裁机制和多主结构等优点。

近年来，CAN控制器的价格不断下降，许多微控制器（MCU）也集成了CAN控制器。现在，每辆车上都装备有CAN总线系统。

让我们来看一个典型的CAN应用场景：

图1. 一个典型的CAN应用场景

CAN总线标准

CAN总线标准 只规定了物理层和数据链路层，需要用户自定义应用层。不同的CAN标准仅物理层不同。

图2. CAN总线标准

CAN收发器负责逻辑电平和物理信号之间的转换，如图3所示：

图3. CAN收发器的逻辑电平和物理信号转换

将逻辑信号转换成物理信号（差分电平），或者将物理信号转换成逻辑电平。

即从CAN控制芯片输出逻辑电平到CAN收发器，然后经过CAN收发器内部转换将逻辑电平转换为差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点都可以决定自己是否需要总线上的数据。具体的管脚定义如下表1所示：

表1. 管脚定义

CAN标准有两个，即 IOS11898（图4-1）和 IOS11519（图4-2），两者差分电平特性不同。图5展示了两个CAN标准的比对。

图4-1. ISO11898高速CAN电平

（高低电平幅度低，对应的传输速度快）

图4-2. ISO11519-2低速CAN电平

图5. CAN标准比对

*双绞线共模消除干扰，是因为电平同时变化，电压差不变。

物理层

CAN有三种接口器件，如下图6所示：

图6. CAN的三种接口器件

图7. 通过切换开关状态输出高低电平

多个节点连接，只要有一个为低电平，总线就为低电平，只有所有节点输出高电平时，才为高电平。所谓”线与”。可通过切换开关状态输出高低电平，如图7所示。

CAN总线有5个连续相同位后，就插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步。从而消除累积误差。

和485、232一样， CAN的传输速度与距离成反比，如图8所示。

图8. CAN的传输速度与距离成反比

CAN总线的 终端电阻的接法如下图9所示：

图9. 低速/高速 CAN-bus终端电阻接法

增加终端电阻的目的是为了增强CAN通讯的可靠性，消除CAN总线终端信号反射干扰。

（注: 一般如果CAN总线使用的是在双绞线上运行，这时我们会增加120Ω的电阻。 为什么是120Ω，因为电缆的特性阻抗为120Ω，为了模拟无限远的传输线。）

数据链路层

CAN总线传输的是CAN帧，CAN的通信帧分成五种，分别为 数据帧、 远程帧、 错误帧、 过载帧和 帧间隔。

数据帧用来节点之间收发数据，是使用最多的帧类型； 、

远程帧用来接收节点向发送节点接收数据；

错误帧是某节点发现帧错误时用来向其他节点通知的帧；

过载帧是接收节点用来向发送节点告知自身接收能力的帧；

帧间隔是用于将数据帧、远程帧与前面帧隔离的帧。

CAN的报文格式

在总线中传送的报文，每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式，其唯一的不同是 标识符（ID）长度不同， 标准格式为11位，扩展格式为29位。

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