一張圖看懂CAN總線的原理

圖1 CAN通信原理

參考上圖，簡單來說CAN總線就如兩根黃線，通信的原理就好比開一個電話會議，大家都同時撥進來，然后有各種不同的狀態，比如：一個人說話，其他人聽；或者多個人同時想發言，但也會讓其中一個人先說，其他人聽；還有一個人要求另一個人來說；還有些掉線了，卡頓了等等。

為了確保每次電話會議針對上述情況正確有效地進行，我們需要一些每個人都應該遵守的規則或協議。CAN總線通信與這種電話會議形式既有相似之處，也有不同之處。那究竟什么是CAN總線通信？

CAN總線架構簡介

CAN總線是一種用于不同控制單元之間數據傳輸的導線。CAN總線協議是ISO國際標準化的串行通信協議，由兩個系列組成：ISO-11898和ISO-11519。其定義有：

ISO-11898 定義了通信速率為 125 Kbps ~1Mbps 的高速 CAN 通信標準，屬于閉環總線，傳輸速率可達1Mbps，總線長度≤ 40米，如圖2。

ISO11519 定義了通信速率為 10～125 Kbps 的低速 CAN 通信標準，屬于開環總線，傳輸速率為40kbps時，總線長度可達1000米，如圖2。

圖2

CAN的應用

CAN總線會有終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來的，而總線上一般有兩個120歐姆的節點。終端電阻的作用有三個：

①提高干擾防護能力，快速消除高頻低能量信號。

②確保總線快速進入隱藏狀態，這樣寄生電容器的能量可以更快地耗散。

③通過將它們放置在總線兩端以減少反射能量來提高信號質量。

圖3

電信號的傳輸是通過區分高電壓和低電壓來進行的，就像CAN通信一樣。CAN總線的兩條信號線是CAN高（CAN_H）和CAN低（CAN_L）。關于CAN的邏輯0和邏輯1以及CAN總線的顯式和隱式方面，編制了以下圖表，以使每個人都能清楚地理解。

如下圖 4 所示：

圖4

注1：在實際開發中，兩條線路的電壓都以默認值波動，這也是使用差動傳輸減少誤差和噪聲干擾的優點；

注2：CAN總線采用“線路和”規則進行總線套利，即如果同時發送多個CAN信號，有些發送1，有些發送0，只要有0，則當前總線為0（1&0=0）。因此，總線上的顯式平面由邏輯“0”表示，而隱式平面則由邏輯“1”表示；

雖然差分信號有較好的抗干擾能力，但是長距離信號傳輸時，我們通常會采用雙絞線進行數據傳輸，以此來從物理上減弱噪聲對信號傳輸過程中的耦合。

圖 5 消除電容耦合

圖 6 消除電感耦合

圖 7 消除對外界的干擾

CAN信號傳輸

上述的電位差（差分電平）與邏輯電平是通過CAN收發器實現的。在傳輸過程中，CAN控制器將CPU傳輸的信號轉換為邏輯電平。CAN收發器接收到邏輯電平后，將其轉換為差分電平并輸出到CAN總線。

圖9 CAN信號發送

在接收過程中，CAN收發器發送CAN_H和CAN_L線路上傳輸的差電平被轉換為邏輯電平并輸出到CAN控制器，然后CAN控制器將邏輯電平轉換為相應的信號并發送到CPU。

圖10 CAN信號接收

簡單地說，這意味著變送器通過CAN收發器改變總線電平，并將其信息傳輸到CAN總線。接收器通過監測總線電平將總線上的信息讀取到自己的CAN收發器中。

如上所示，CAN總線有兩種架構，兩種形式的CAN信號，以及發送和接收CAN信號的兩個過程。

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