第五课第三章CAN总线系统结构

汽车CAN总线详解概述CAN（Controller Area Network）总线协议是由 BOSCH 发明的一种基于消息广播模式的串行通信总线，它起初用于实现汽车内ECU之间可靠的通信，后因其简单实用可靠等特点，而广泛应用于工业自动化、船舶、医疗等其它领域。

相比于其它网络类型，如局域网（LAN, Local Area Network）、广域网（WAN, Wide Area Network）和个人网（PAN, Personal Area Network）等，CAN 更加适合应用于现场控制领域，因此得名。

CAN总线是一种多主控（Multi-Master）的总线系统，它不同于USB或以太网等传统总线系统是在总线控制器的协调下，实现A节点到B节点大量数据的传输，CAN网络的消息是广播式的，亦即在同一时刻网络上所有节点侦测的数据是一致的，因此比较适合传输诸如控制、温度、转速等短消息。

CAN起初由BOSCH提出，后经ISO组织确认为国际标准，根据特性差异又分不同子标准。

CAN国际标准只涉及到 OSI（开放式通信系统参考模型）的物理层和数据链路层。

上层协议是在CAN标准基础上定义的应用层，市场上有不同的应用层标准。

发展历史1983年，BOSCH开始着手开发CAN总线；1986年，在SAE会议上，CAN总线正式发布；1987年，Intel和Philips推出第一款CAN控制器芯片；1991年，奔驰500E 是世界上第一款基于CAN总线系统的量产车型；1991年，Bosch发布CAN 2.0标准，分 CAN 2.0A （11位标识符）和 CAN 2.0B （29位标识符）；1993年，ISO发布CAN总线标准（ISO 11898），随后该标准主要有三部分：ISO 11898-1：数据链路层协议ISO 11898-2：高速CAN总线物理层协议ISO 11898-3：低速CAN总线物理层协议注意：ISO 11898-2和ISO 11898-3物理层协议不属于BOSCH CAN 2.0标准。

can总线的工作原理CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线是一种多节点、分布式的串行通信协议，用于在不同的设备（如汽车电子控制单元）之间进行通信。

其工作原理如下：1. 总线结构：CAN总线包括两个主要组成部分：控制器和节点。

控制器负责管理总线上的通信，而节点则是实际的设备。

2. 通信速率：CAN总线使用串行通信方式，在一个时间周期内传输一位的数据。

通信速率可以根据需求进行调整，常见的有125kbps、250kbps和500kbps等。

3. 帧格式：CAN通信使用帧格式进行数据传输。

一个帧包括标识符、控制位、数据段和校验位等。

标识符用于确定帧的优先级和发送者的身份，控制位用于控制数据的传输方式，数据段用于传输实际的数据，校验位用于检查数据的完整性。

4. 预定位位：CAN总线使用预定位位来确保总线上的节点在发送数据之前处于同一状态。

当节点准备好发送数据时，首先发送一个断开位（Dominant），然后等待总线上所有节点一起发送一个随机位（Arbitration）。

节点在发送随机位时会检测总线上的信号，如果发现有其他节点同时发送了同样的位，则会停止发送，并等待下一个时间周期再次发送。

5. 碰撞检测：如果两个或多个节点同时发送数据，会发生碰撞（Collision）。

CAN总线通过监听总线上的信号来检测碰撞，并使用位优先级来解决冲突。

发送高优先级的节点会优先发送数据，低优先级的节点则会停止发送。

6. 增强型CAN（CAN FD）：为了提高数据传输速率，增强型CAN通过增加数据段长度和引入一些新的特性来实现更高的传输速率。

总的来说，CAN总线的工作原理是通过预定位位和碰撞检测来保证多个节点间的通信正常进行，从而实现数据的可靠传输。

can总线的基本组成
CAN总线的基本组成包括以下几个方面：
1. 总线控制器（Controller）：总线控制器是CAN总线的核心
组成部分，负责实现总线的控制和管理。

它可以是硬件的
CAN控制器，也可以是软件的应用层控制器。

总线控制器负
责发送和接收数据帧、处理错误和冲突、监控总线状态等。

2. 节点（Node）：CAN总线上的每个设备都是一个节点。

节
点可以是传感器、执行器、控制器等。

节点通过总线控制器与总线进行通信。

3. 电缆（Cable）：CAN总线使用双绞线（Twisted Pair）作为
物理层传输介质。

双绞线能够减少干扰和噪声，提高传输质量。

4. 终端电阻（Termination Resistor）：为了保证总线信号的正
确传输，CAN总线两端通常都需要安装终端电阻。

终端电阻
的阻值通常为120 Ω，用于抑制反射和信号回波。

5. 数据帧（Frame）：CAN总线使用数据帧作为通信单位。

数
据帧包括标识符、控制字段、数据字段和校验字段等。

数据帧分为数据帧和远程帧两种类型。

6. 网络拓扑：CAN总线可以采用线性总线拓扑或者星型拓扑。

线性总线拓扑中，所有节点连接在一条主线上。

星型拓扑中，每个节点都连接到一个中央集线器或交换机。

总线控制器、节点、电缆、终端电阻、数据帧和网络拓扑是构成CAN总线系统的基本组成部分。

can 总线原理和应用系统设计
总线原理是一种用于实现信息传输的基本电子线路设计原理。

它通常被应用于计算机系统、通信系统、工业自动化系统等各种电子设备中，以实现各个功能模块之间的数据交互和通信。

在计算机系统中，总线原理被广泛应用于数据传输的设计中。

计算机系统中的各个硬件设备（如处理器、内存、输入输出设备等）通过总线相互连接，在总线上进行数据的传输和交换。

总线的设计需要考虑多个因素，包括数据传输速率、总线宽度、总线类型等。

总线原理的设计可以分为三个主要的部分：总线结构、总线传输方式和总线协议。

总线结构是指总线的物理布局和拓扑结构，例如单总线结构、多总线结构等。

总线传输方式是指数据在总线上的传输方式，例如并行传输、串行传输等。

总线协议是指数据在总线上的传输规则和约定，例如地址识别、数据同步等。

总线原理的设计旨在提高系统的数据传输效率和可靠性。

通过合理设计总线结构、选择合适的总线传输方式和设计有效的总线协议，可以实现数据高速传输、有效地实现数据交互和通信，并提高系统的性能和可靠性。

总线原理的应用还涉及到系统设计中的其他方面，例如设备的选择和配置、设备之间的通信协议等。

在设计应用系统时，需要考虑总线的带宽、延迟、容错能力等因素，以满足系统的需求。

总的来说，总线原理是一种关键的电子线路设计原理，它在计算机系统和其他电子设备中起着重要的作用。

通过合理的总线设计，可以提高系统的数据传输效率和可靠性，满足系统的需求。

can总线结构和原理CAN（Controller Area Network）总线是一种用于实时应用的串行通信协议，最早由德国的Bosch公司于1986年开发，用于汽车电子系统中的通信。

CAN总线广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备和航空航天等领域。

CAN总线结构：CAN总线结构由总线线缆、节点和总线控制器组成。

1.总线线缆：CAN总线使用双绞线或者双绞线和同轴电缆的组合作为传输介质。

双绞线提供数据传输，而同轴电缆用于提供电源供给。

2.节点：CAN总线上的每个设备都是一个节点，每个节点都有一个唯一的标识符（ID），用于识别发送的消息。

节点可以是传感器、执行器、控制器或者其他类型的设备。

3.总线控制器：总线控制器是负责协调总线上数据传输的硬件模块。

总线控制器负责发送和接收消息、识别和处理冲突、错误检测和纠正等功能。

CAN总线原理：CAN总线采用了一种CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection）的多路访问协议，即载波监听多路访问/冲突检测。

1. 载波监听（Carrier Sense）：当一个节点准备发送数据时，它会监听总线上是否有其他节点正在发送数据。

如果总线上没有其他节点发送数据，则该节点可以开始发送数据。

如果检测到总线上有其他节点发送数据，该节点会等待一段时间后再次检测。

2. 多路访问（Multiple Access）：多个节点共享同一条总线进行数据传输。

每个节点都可以发送数据，并且总线上的数据包可以同时传输。

3. 冲突检测（Collision Detection）：如果两个或更多节点同时发送数据，会发生冲突。

当发生冲突时，发送数据的节点会检测到冲突，并根据一定的算法来处理。

冲突处理算法包括“非破坏性比特计数”和“非破坏性位定位”。

CAN总线的优点：1.实时性：CAN总线具有很高的实时性，可以在毫秒级别的时间内传输数据。

2.高可靠性：CAN总线采用了冲突检测和纠正机制，可以保证数据的可靠性和完整性。

can总线拓扑结构类型Can总线拓扑结构类型Can总线是一种广泛应用于工业控制领域的通信总线，它可以实现多个设备之间的数据传输和通信。

Can总线的拓扑结构类型有多种，包括线性拓扑、星型拓扑、总线拓扑和混合拓扑。

本文将对这四种拓扑结构类型进行详细介绍。

一、线性拓扑线性拓扑是Can总线最基本的拓扑结构类型，也是最简单的一种结构。

在线性拓扑中，所有设备按照一定的顺序连接在一条主线上，数据通过主线依次传输到各个设备。

线性拓扑结构简单清晰，易于实现和维护，但是在大规模系统中存在传输延迟和信号衰减的问题。

二、星型拓扑星型拓扑是Can总线中常见的拓扑结构类型，它将所有设备连接到一个中央节点上。

中央节点负责转发数据，实现设备之间的通信。

星型拓扑结构具有良好的灵活性和可扩展性，可以方便地增加或删除设备，但是中央节点的故障会导致整个系统瘫痪。

三、总线拓扑总线拓扑是Can总线中最常用的拓扑结构类型，也是Can总线的特点之一。

在总线拓扑中，所有设备都连接在同一条总线上，通过总线实现数据的传输和通信。

总线拓扑结构简单直观，能够实现高效的数据传输，但是当设备数量增多时，总线可能会出现带宽瓶颈和信号干扰的问题。

四、混合拓扑混合拓扑是Can总线中复杂的一种拓扑结构类型，它将多种拓扑结构进行组合，形成一个复杂的网络结构。

混合拓扑结构可以根据实际需求灵活设计，既能满足不同设备之间的通信需求，又能保证系统的可靠性和稳定性。

混合拓扑结构的设计和维护较为复杂，需要合理规划和管理。

总结起来，Can总线的拓扑结构类型包括线性拓扑、星型拓扑、总线拓扑和混合拓扑。

不同的拓扑结构类型适用于不同的应用场景，可以根据实际需求进行选择和设计。

在实际应用中，需要综合考虑系统的可靠性、性能、成本等因素，选择最适合的拓扑结构类型。

同时，对于大规模系统，还需要合理规划和管理拓扑结构，以确保系统的稳定运行和高效通信。

Can总线的拓扑结构类型是Can总线应用中的重要内容，对于工程师和技术人员来说，了解和掌握这些拓扑结构类型对于设计和实施Can总线系统具有重要意义。