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CAN总线原理介绍

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CAN总线原理介绍

一.现场总线简介

1、现场总线的概念:

现场总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。也被称为开放式的数字化多节点通信的底层控制网络。

现场总线作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上的作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。

2、 几种较有影响的现场总线技术：

基金会现场总线(FF-Foundation Fieldbus)，Lonworks，PROFIBUS，HART，CAN现场

总线是几种较重要的现场总线技术。

二.CAN总线技术:

1、 CAN 总线简介:

CAN（Controller Area Network）－控制器局域网。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线最早是由德国Bosch公司在80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆、光导纤维，通信速率可达１Mbps。 CAN 总线通信接口中集成了CAN 协议的物理层，数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充，数据块编码，循环冗余校验，优先级判别等项工作。

2、CAN总线技术的主要特点：

⑴多主站依据优先权进行访问。

CAN为多主方式工作，网络上的任一节点在任何时候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息。

⑵采用短帧传送。

CAN采用短帧结构，废除了对传统的站地址编码，而是对通讯数据进行编码。每帧数

据信息为０∽８个字节，具体长度由用户决定。

⑶无破坏基于优先权的仲裁。

当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动的退出总线发送，而最

高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突时间。

⑷借助接收滤波的多地址帧传送。

CAN只需通过报文滤波即可实现点对点，一点对多点以及全局广播等几种方式来传输

数据，无需专门的“调度”。各个接收站依据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，决定是否接收。

⑸强有力的错误控制及错误重发功能：

CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭受破坏的帧可自动重新发送，每帧信息中不可检错的概率低于310-5。

⑹长距离高速率发送：

CAN的直接通信距离最远可达10km（速率５km以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。CAN的通讯速率与其通信距离有呈线性关系。

⑺CAN总线多负载能力：

CAN上的节点数主要取决于物理总线的驱动电路，节点数目前可达110个；其报文标识符2032种（CAN2.0 A标准），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。 2 ３、CAN的一些基本概念

⑴报文――报文就是在总线上所传送的信息，该信息以不同的报文传送，但报文长度要受帧结构的限制。当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。

⑵帧传送――在总线上传输的报文以帧结构进行传输。报文传送由４种不同类型的帧来表示和控制：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。

⑶仲裁――仲裁用于处理总线访问冲突。方法是依据其报文优先权，而优先权由报文标识符与RTR位来唯一确定。

⑷标识符―一个报文的内容由其标识符ID命名，ID并不指出报文的目的，但描述了数据

的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据是否使它们激活。

⑸技术规范――CAN技术规范（Version2.0）包括2.0A和2.0B。2.0A的报文标识符为11位，2.0B有标准和扩展两种报文格式，前者的标识符19位，后者29位。

⑹远程数据请求――通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个

相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧以相同的标识符命名。

⑺显性隐性――CAN总线数值为两种互补的逻辑数值：“显性”和“隐性”。其中显性表示逻辑“0”，而隐性表示逻辑“1”。当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性。

４、CAN传送的帧结构

报文传送主要有四种不同类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧以及超载帧。

⑴数据帧

数据帧携带数据由发送器至接收器，它由７个不同的位场组成，分别是帧起始、仲裁

场、控制场、数据场、CRC场、应答场以及帧结束。在具体编程中只要正确地运用仲裁场、

控制场中的数据长度码、数据场即可。

帧起始――标志一个数据帧或远程帧的开始，它是一个显性位。

仲裁场――包括报文标识符11位（CAN2.0A标准）和远程发送申请RTR位，这12位

共同组成报文优先权信息。数据帧的优先权比同一标识符的远程帧的优先权要高。

控制场――由6位组成，包括２位作为控制总线发送电平的备用位（留作CAN通信协

议扩展功能用）与4位数据长度码。其中数据长度码(DLC0-DLC3)指出了数据场中的字节数目0∽8（被发送／接收的数据的字节数目）。

数据场――存储在发送缓冲器数据区或接收缓冲器数据区中以待发送或接收的数据。按字节存储的数据可由微控制器发送到网络中，也可由其它节点接收。其中第一个字节的最高位首先被发送或接收。

CRC场――又名循环冗余码校验场，包括CRC序列（15位）和CRC界定符（1个隐性位）。CRC场通过一种多项式的运算，来检查报文传输过程中的错误并自动纠正错误。这一步由控制器自身来完成。

应答场――包括应答间隙和应答界定符两位。

帧结束――每一个数据帧和远程帧均结束于帧结束序列，它由７个隐性位组成。

帧间空间 帧起始 控制场 应答场 帧间空间

仲裁场 数据场 CRC序列 帧结束 或超载帧

数据帧的结构

⑵远程帧

远程帧用来申请数据。当一个节点需要接收数据时，可以发送一个远程帧，通过标识

符与置RTR为高来寻址数据源，网络上具有与该远程帧相同标识符的节点则发送相应的数据 3 帧。远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束组成。这几个部分与数据帧中的相同，只是其RTR位为低而已。远程帧的数据长度码为其对应的将要接收的数据帧中DLC的数值。

帧间空间 帧起始 控制场 应答场 帧间空间

仲裁场 CRC场 帧结束或超载帧

远程帧的结构

⑶出错帧

出错帧由两个不同场组成，一个是由来自各站的错误标志叠加得到，另一个是出错界定

符。出错帧的组成为：

数据帧 出错帧 帧间空间或超载帧

一个出错标志

出错叠加标志 错误界定符

⑷超载帧

超载帧由超载标识和超载界定符组成。在CAN中，存在两个条件导致发送超载帧。一个是接收器未准备就绪，另一个是在间隙场检测到显性位。超载帧的结构：

帧结束或超载界 超载帧 帧间空间或超载帧

错误界定符 一个超载标志

超载叠加标志 超载界定符

三、CAN控制器介绍及82C200控制器

1、CAN控制器介绍：CAN总线芯片主要如下表示：

制造商 产品型号 功能特点

INTEL

公司 82526 CAN通信控制器，符合CAN2.0A

82527 CAN通信控制器，符合CAN2.0B

PHILIPS

公司

82C200 CAN通信控制器，符合CAN2.0A

8XC592 8051微控制器+CAN通信控制器+A/D+PWM,符合CAN2.0A

8XCE598 同上，不同的是它具有电磁兼容性，符合CAN2.0A

82C150 有A/D功能，可用于传感器或执行机构，符合CAN2.0A

82C250 CAN总线收发器，可用于CAN器件与物理总线间的连接

２、PHILIPS 公司的82C200CAN控制器

⑴82C200简介

PCA82C200和PCF82C200是适用于汽车和一般工业环境控制器局域网（CAN）的高

集成度独立的控制器，其温度范围包括-40℃∽125℃的汽车版本（PCA82C200）和-40℃∽85℃的一般版本（PCF82C200）。

⑵82C200芯片的管脚图

AD0∽AD7:分时复用地址／数据线

ALE：ALE信号（INTEL方式）

/C/S:片选信号，低电平允许访问82C200

/R/D:来自微控制器的写信号（INTEL方式） 4 /W/R:来自微控制器的写读信号（INTEL方式）

CLKOUT:由82C200为微控制器产生的时钟信号，由在线振荡器分频得到。

XTAL1:输至振荡器放大器。外部振荡器信号经此脚输入

XTAL2:振荡器放大器输出。使用外部振荡器信号时，此脚保持开路

MODE:方式选择输入端，接VDD选为INTEL方式

TX0,TX1:由输出驱动器０,1到物理总线的输出端

INT:中断输出端，用于中断微控制器。若中断寄存器为逻辑高电平，此脚将被激活

RST:复位端，用于重新启动CAN接口（低电平）。

RX0,RX1:由物理总线至82C200输入比较器的输入端。

VSS1：逻辑电路地电位 VDD1：逻辑电路５V电位

VSS2：输入比较器地电位VDD2: 输入比较器５V电源

VSS3：输入驱动器地电位 VDD3: 输入驱动器５V电源

⑶82C200的寄存器和缓冲器

82C200寄存器主要有控制、命令、状态、中断、接收码、接收屏蔽、总线定时０、总

线定时１、输出控制、测试、时钟驱动器这十个寄存器，其缓冲器主要有发送缓冲器、接收缓冲器两种。

①控制寄存器（CR）

位 CR.7 CR.6 CR.5 CR.4 CR.3 CR.2 CR.1 CR.0

名

称 测试方式 同步 ―― 超载中断开放 出错中断开放 发送中断开放 接收中断开放 复位请求

数

值 高开放

低禁止 高双沿

低单沿 ――― 高开放

低禁止 高开放

低禁止 高开放

低禁止 高开放

低禁止 高常态

低非常态

②命令寄存器（CMR）

位 CMR.7 CMR.6 CMR.5 CMR.4 CMR.3 CMR.2 CMR.1 CMR.0

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CAN总线实例介绍

CAN总线实例介绍

CAN总线读书笔记

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准。CAN总线解决方案为嵌入式设计提供通信与连接，使其进入崭新阶段。CAN串行总线协议是一款高速可靠的通信协议，创建最初用于汽车应用，如今已广泛用于需要达到1 Mbps比特率的稳健通信应用。在产品设计中集成CAN协议将是在恶劣电气环境下实现高度实时通信功能的低成本的可靠途径。

CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。近年来广泛应用于汽车控制系统和工业控制系统领域。下面我们可以看到CAN-BUS总线技术应用的具体案例。

案例1：电动汽车充电站换电站充电桩CAN总线管理系统方案

背景介绍：电动汽车充电站是电动汽车发展和普及的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。

现在通常的通电方式有3类，适用于不同的应用场合。充电站通常主要提供快速充电服务，辅以用于慢速充电的充电桩；充电桩则只能提供慢速充电；换电站则提供为电动汽车更换电池的服务。

而这三类的充电方式都会同样使用到计算机作为管理核心，并且通过以太网来连接站内的各个功能部分，如计费和打印等计算机和系统。所以以太网是作为管理网络存在于系统当中。对于直接的充电的指示和监控则是由可靠性和实时性更好的CAN总线来管理的，所以BMS和充电桩都是CAN接口的。 比较这3类充电方式的系统结构（图1）可见，系统的设备仅仅是在具体的充电方式上不同，在网络传输方面都是一致的。 图1为电动汽车充电站充电桩CAN网络系统结构。在系统上就要求有网关能实现以太网和CAN总线的数据转换。

CAN总线的通信原理

CAN总线的通信原理

CAN总线的通信原理

CAN总线协议是建立在国际标准的开放系统OSI 7层互联参考模型基础上的。其模型结构只有三层。即只取OSI底层的物理层，数据链路层和应用层，保证节点间无差错的数据传输。

CAN 总线上用“显性”和“隐性”两个互补的逻辑值表示”0”和”1“。如下图1所示，VCNA-H和VCAN-L为CAN总线收发器与总线之间的两接口引脚。信号是以两线之间的”差分“电压形式出现。在隐性状态，VCNA-H和VCAN-L被固定在平均电压的附近。Vdiff近似于0。显性位以大于最小值差分电压表示。CAN总线的通信距离最远可达10km（位速率为5kbps），通信速度最快可为1mbps（此时的最长通信距离可以为40米）。

报文传输

CAN技术的报文传输为多主方式工作，网络上的任意节点均可在任意时刻主动的向网络上其他节点发送信息，而不分主从。CAN节点只需通过对报文的表示符滤波即可实现点对点，一点对多点及全局广播等几种方式发送，接收数据。

CAN总线的数传输采用帧格式的不同，分为含有11位标准帧含有29位标志符的扩展帧，CAN总线的侦类型分为数据帧，远程帧，错误帧和过载帧。

CAN的工作原理

CAN的工作原理

CAN的工作原理

CAN（Controller Area Network）是一种串行通信协议，广泛应用于汽车、工业控制和其他领域。CAN的工作原理是通过差分信号传输数据，实现高速、可靠的通信。本文将从CAN的基本原理、数据传输、错误处理、帧格式和应用领域等方面进行详细介绍。

一、CAN的基本原理

1.1 CAN总线结构：CAN总线由两根信号线组成，分别是CAN_H和CAN_L，通过这两根信号线进行数据传输。

1.2 差分信号传输：CAN使用差分信号传输数据，即在CAN_H和CAN_L之间传输相反的信号，以减少干扰和提高抗干扰能力。

1.3 环状拓扑结构：CAN总线采用环状拓扑结构，所有节点通过总线连接在一起，实现节点之间的通信。

二、数据传输

2.1 帧格式：CAN数据传输采用帧格式，包括起始位、帧类型、数据段、CRC校验和结束位等字段。

2.2 传输速率：CAN总线的传输速率通常为1Mbps，根据实际需求可调整传输速率。

2.3 数据传输方式：CAN支持两种数据传输方式，分别是标准帧和扩展帧，用于传输不同长度的数据。

三、错误处理

3.1 错误检测：CAN总线具有强大的错误检测和纠正能力，能够检测出传输过程中的错误，并进行相应处理。 3.2 错误标识：CAN在传输过程中会生成错误标识，用于标识出错的节点和错误类型，以便及时处理。

3.3 错误处理机制：CAN采用重发机制和错误帧处理机制，确保数据传输的可靠性和稳定性。

四、帧格式

4.1 标准帧：标准帧包括11位标识符，用于传输短数据，适合于实时性要求不高的应用场景。

4.2 扩展帧：扩展帧包括29位标识符，用于传输长数据，适合于实时性要求高的应用场景。

4.3 过滤机制：CAN支持过滤机制，可以根据标识符过滤接收的数据，提高数据传输的效率和准确性。

五、应用领域

5.1 汽车行业：CAN在汽车行业广泛应用，用于车载电子系统之间的通信，如发动机控制、仪表盘显示、车载娱乐系统等。

CAN总线的原理及使用教程

CAN总线的原理及使用教程

CAN总线的原理及使用教程

一、CAN总线的原理

1.数据链路层：CAN总线采用的是二进制多播通信方式，即发送方和接收方之间没有直接的连接关系，所有节点共享同一个总线。在一个CAN总线系统中，每个节点都可以发送和接收信息。当一个节点发送消息时，所有其他节点都能接收到该消息。

2.帧格式：CAN总线使用的是基于帧的通信方式，每个消息都被封装在一个CAN帧中。帧由起始标志、ID、数据长度码、数据和校验字段组成。其中，ID是唯一标识符，用来区分不同消息的发送者和接收者。数据长度码指示了消息中数据的长度。校验字段用于检测数据的完整性。

3. 传输速率：CAN总线的传输速率可根据需求进行配置，通常可选的速率有1Mbps、500Kbps、250Kbps等。高速传输速率适用于对实时性要求较高的应用，而低速传输速率适用于对实时性要求不高的应用。

4.错误检测：CAN总线具有强大的错误检测能力，能够自动检测和纠正错误。它采用了循环冗余校验（CRC）算法，通过对数据进行校验，确保数据的完整性。如果数据传输过程中发生错误，接收方能够检测到错误，并通过重新请求发送来纠正错误。

二、CAN总线的使用教程

1. 硬件连接：在使用CAN总线之前，需要先进行硬件连接。将所有节点的CANH和CANL引脚连接到同一个总线上，并通过双终端电阻将CANH和CANL引脚与Vcc和地连接。确保所有节点的通信速率和电气特性相匹配。 2.软件设置：使用相应的软件工具对CAN总线进行配置。根据具体需求，设置通信速率、总线负载、数据帧格式等参数。还需要为每个节点分配唯一的ID，用于区分发送者和接收者。

3.数据传输：使用软件工具编写代码，实现消息的发送和接收。发送消息时，需要指定ID、数据长度和数据内容。接收消息时，需要监听总线上的消息，并根据ID判断是否为自己需要的消息。通过合理的逻辑处理，实现节点之间的数据交换和通信。

4.错误处理：CAN总线在数据传输过程中可能会发生错误，如位错误、帧错误等。为了确保数据的可靠性，需要对错误进行及时处理。可以通过检查错误代码来确定错误类型，并采取相应的措施，如重新发送消息、纠正错误等。