CAN控制器局域网基础知识
第5章 控制器局域网总线CAN
第5章控制器局域网总线CAN 第5章控制器局域网总线CAN5.1 CAN总线概述5.1.1 CAN总线的定义5.1.2 CAN总线的特性5.1.3 CAN总线在工业控制中的应用5.1.4 CAN总线的优势和劣势5.2 CAN物理层5.2.1 CAN物理层的基本原理5.2.2 CAN物理层的标准5.2.3 CAN物理层的连接方式5.2.4 CAN物理层的常见问题及解决方法5.3 CAN数据链路层5.3.1 CAN数据链路层的基本原理5.3.2 CAN数据帧结构5.3.3 CAN数据链路层的工作模式5.3.4 CAN数据链路层的错误处理机制5.4 CAN控制器5.4.1 CAN控制器的功能5.4.2 CAN控制器的工作流程5.4.3 CAN控制器的常见问题及解决方法5.4.4 CAN控制器的选型和使用5.5 CAN网络拓扑结构5.5.1 点对点拓扑结构5.5.2 总线拓扑结构5.5.3 环形拓扑结构5.5.4 树状拓扑结构5.5.5 混合拓扑结构5.6 CAN网络管理5.6.1 CAN网络的地质分配5.6.2 CAN网络的初始化和配置5.6.3 CAN网络的监控和故障诊断5.6.4 CAN网络的通信参数设置5.7 CAN应用实例5.7.1 汽车电子控制系统中的CAN总线应用5.7.2 工业自动化中的CAN总线应用5.7.3 航天航空中的CAN总线应用5.7.4 其他领域中的CAN总线应用5.8 本章小结附件：本文档涉及的附件详见附件列表。
法律名词及注释：1.CAN总线：控制器局域网总线的缩写，是一种串行总线通信协议，用于实时控制应用中的数据传输。
2.物理层：CAN总线的底层接口，处理物理信号电平和传输距离等。
3.数据链路层：CAN总线的中间层，负责数据的分组和错误检测等。
4.控制器：CAN总线的硬件设备，负责实现CAN通信的功能。
5.网络拓扑结构：指多个CAN节点之间连接的方式，包括点对点、总线、环形、树状和混合等结构。
CAN总线基础知识总结（建议收藏）
CAN总线基础知识总结（建议收藏）CAN总线基础知识总结一、CAN总线简介1、CAN总线（Controller Area Network，控制器局域网）是由德国BOSCH（博世）公司在1986年为汽车而设计的，它是一种串行通信总线，只需两根线CAN_H和CAN_L。
2、隐性（逻辑1）与显性（逻辑0）的概念：CAN总线在数据传输过程中，实际上传输的是CAN_H和CAN_L 之间的电位差。
CAN_H只能是高电平(3.5V)或悬浮状态(2.5V)，CAN_L只能是低电平(1.5V)或悬浮状态(2.5)V，当CAN_H和CAN_L 都为2.5V 时，是隐性，表示逻辑1，当CAN_H为3.5V、CAN_L都为2.5V时，是显性，表示逻辑0。
表示隐性和显性逻辑的能力是CAN总线仲裁方法的基本先决条件，即所有节点都为隐性时，总线才处于隐性状态；只要有一个节点发送了显性，总线就呈现为显性状态。
3、120?电阻：必须在总线的每一节点的CAN_H和CAN_L之间接一个120?左右的电阻，以避免出现信号反射。
4、CAN技术规范CAN2.0A和CAN2.0B：CAN2.0A只有标准帧（标识符（ID）有11位）；CAN2.0B除了标准帧，还有扩展帧（标识符（ID）有29位）。
5、CAN的国际标准ISO11898和ISO11519：CAN 协议经ISO 标准化后有ISO11898和ISO11519两种标准，它们对于数据链路层的定义相同，但物理层不同。
ISO11898 是波特率为125kbps-1Mbps 的CAN高速通信标准。
ISO11519 是波特率为125kbps 以下的CAN低速通信标准。
高速通信标准和低速通信标准的硬件规格也不一样，所以需要选用不同的收发器。
在收发器的规格书上都会注明高速通信用还是低速通信用，或者是符合ISO11898标准还是ISO11519标准。
6、CAN总线协议只定义了物理层和数据链路层，要将CAN总线应用于工程项目中必须制定上层的应用协议。
控制器局域网总线——CAN
④CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一
点对多点及全局广播等几种方式传 送接收数
据，无需专门的“调度”。
2021/1/11
2
⑤CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路 。
⑥采用短帧结构,具有极好的检错效果。
⑦CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措 施，保证了数据出错率极低。
⑧CAN的通信介质可选择灵活。
间歇场由3个隐位组成。 总线空闲周期可为任意长度。
2021/1/11
19
4、错误类型和界定
CAN总线中存在5种错误类型 • 位错误 • 填充错误 • CRC错误 • 形式错误 • 应答错误
2021/1/11
20
• CAN总线中,任何一个单元可能处于下列三种 故障状态之一:错误激活、错误认可和总线关 闭。
2021/1/11
8
2、CAN节点的分层结构
• CAN分为数据链路层(包括逻辑链路控制子层 LLC和媒体访问控制子层MAC)和物理层。
• 在CAN技术规范2．0A的版本中,数据链路层 的LLC和MAC子层的服务和功能被描述为 “目标层”和“传送层”。
• LLC子层的主要功能 物理层的功能
2021/1/11
• 发送器 接收器
• 构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场 和CRC序列均借助位填充规则进行编码。
• 数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式,不 进行填充。出错帧和超载帧也是采用固定格式， 也不进行位填充。
• 报文中的位流按照非归零(NRZ)码方法编码 。
2021/1/11
11
• 报文传送由4种不同类型的帧表示和控制
2021/1/11
26
3．状态寄存器(SR)
状态寄存器的内容影响总线控制器的状态。 状态寄存器对于ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控制器作为只读存储 器 出现。
CAN总线基础知识总结(建议收藏)
CAN总线基础知识总结一、CAN总线简介1、CAN总线（Controller Area Network，控制器局域网）是由德国BOSCH（博世）公司在1986年为汽车而设计的，它是一种串行通信总线，只需两根线CAN_H和CAN_L。
2、隐性（逻辑1）与显性（逻辑0）的概念：CAN总线在数据传输过程中，实际上传输的是CAN_H和CAN_L之间的电位差。
CAN_H只能是高电平(3.5V)或悬浮状态(2.5V)，CAN_L只能是低电平(1.5V)或悬浮状态(2.5)V，当CAN_H和CAN_L都为2.5V 时，是隐性，表示逻辑1，当 CAN_H为3.5V、CAN_L都为2.5V时，是显性，表示逻辑0。
表示隐性和显性逻辑的能力是CAN总线仲裁方法的基本先决条件，即所有节点都为隐性时，总线才处于隐性状态；只要有一个节点发送了显性，总线就呈现为显性状态。
3、120Ω电阻：必须在总线的每一节点的CAN_H和CAN_L之间接一个120Ω左右的电阻，以避免出现信号反射。
4、CAN技术规范CAN2.0A和CAN2.0B：CAN2.0A只有标准帧（标识符（ID）有11位）；CAN2.0B除了标准帧，还有扩展帧（标识符（ID）有29位）。
5、CAN的国际标准ISO11898和ISO11519：CAN 协议经ISO 标准化后有ISO11898和ISO11519两种标准，它们对于数据链路层的定义相同，但物理层不同。
ISO11898 是波特率为125kbps-1Mbps 的CAN高速通信标准。
ISO11519 是波特率为125kbps 以下的CAN低速通信标准。
高速通信标准和低速通信标准的硬件规格也不一样，所以需要选用不同的收发器。
在收发器的规格书上都会注明高速通信用还是低速通信用，或者是符合ISO11898标准还是ISO11519标准。
6、CAN总线协议只定义了物理层和数据链路层，要将CAN总线应用于工程项目中必须制定上层的应用协议。
CAN控制器局域网总线
• 故障界定计数规则： • 1、接收器检出错误时，接收器出错计数加 1（发送活动错误标志或超载标志期间的位 错误除外）。 • 2、接收器在送出错误标志后的第一位检出 一个显位时，接收计数＋8。 • 3、发送器发送一个错误标志时，发送计数 ＋8。两个例外： • 4、发送器送出一个活动错误标志或超载标 志时，检测到位错误，发送计数＋8。 • 5、接收器送出一个活动错误标志或超载标 志时，检测到位错误，发送计数＋8。
• －形式错误：固定形式的位场中出现一个 或多个非法位。 • －应答错误：应答间隙发送器未检测到显 位。 • 检测到CRC错误时，出错标志在应答界定 符后面那一位开始发送，其余错误由检出 站在下一位开始发送出错标志。 • 3种故障状态：错误激活（活动错误标志）、 错误认可（认可错误标志）、总线关闭 （不允许单元对总线有任何影响）。
• • • • • • • •
超载帧 包括两个位场：超载标志和超载界定符 导致发送超载标志的条件： －要求延迟下一个数据帧或远程帧的接收 器的内部条件 起点：期望间歇场的第一位时间 －在间歇场检测到显位 起点：检测到显位的后一位 超载标志由6个显位组成。其形式破坏了间 歇场的固定格式，从而所有其他站检测到 超载条件，并发送超载标志。
• 位速率：不同系统不同速率；系统给定，速率惟一 且固定 • 优先权：标识符定义 • 远程数据请求
• （需要数据的节点）发送远程帧→请求（有该数据的节点） →发送数据帧 • 该数据帧与对应远程帧具有相同标识符ID
• 多主站 • 仲裁
• CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在 11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先 级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更 改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。
CAN基础知识ppt课件
数据传输线
数据传输终端
分支线的长度不能太长，一般要去不要超过6M
14
CAN 总线组成-硬件（通信 节点）
通信节点
通信节点
数据传输终端
数据传输线
数据传输终端
通信节点：总线上数据通信的发起者和接受者。
在楼宇自动化系统中CAN总线的通信节点一般是各种电脑， 传感器，控制器，执行器等。
7
CAN总线特点(2)
(5)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭 输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 具有较强的抗干扰能力。 (6)采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低， 具有极好的检错效果。 (7)每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保 证了数据出错率极低 (8)节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达 110个；
8
CAN 总线系统-基础概念
数据总线:各个节点间进行数据通信的
通道，即所谓的信息高速公路。
9
CAN 总线系统-基础概念
多路传输:在同一个通道上或线路上同
时进行多条信息的传输。
CAN总线使用的“时分多路传输”
10
CAN 总线组成
硬件
CAN 总线组成
通信节点 数据传输终端
通信节点
4
CAN 总线-优点
5 个控制器 10 个连接线
40-60 个控制器... 780-1000 个连接线
通过CANBUS-技术找到了 解决办法和可能性
只是为了必要的数据交换 还能以此来实现必要的 数据交换吗？ 原始网络
... ... ...
...
... ...
... ... ... ...
... ... ...
can通信基础知识讲解
can通信基础知识讲解Can通信是一种常见的通信协议，广泛应用于汽车领域。
本文将从Can通信的基础知识入手，介绍Can通信的原理、特点以及应用。
一、Can通信的原理Can通信是Controller Area Network的缩写，即控制器局域网。
它是一种串行通信协议，主要用于在汽车电子系统中传输数据。
Can通信采用差分信号传输，通过两根线（Can_High和Can_Low）来实现数据的收发。
Can_High和Can_Low的电平差异表示二进制数据的0和1。
Can通信采用非归零编码，即数据在传输过程中不会回到零电平，从而减少了传输中的干扰。
二、Can通信的特点1. 高可靠性：Can通信采用冗余校验机制，即每个数据帧都包含有校验和。
接收端在接收到数据帧后会对校验和进行验证，从而保证数据的可靠性。
2. 高效性：Can通信采用了事件触发的方式，只有在需要发送数据时才进行通信，减少了通信的时间开销。
3. 可扩展性：Can通信支持多个节点之间的通信，节点数量可以灵活扩展。
4. 抗干扰性强：Can通信采用差分信号传输，能够有效抵抗电磁干扰和噪声干扰。
5. 实时性好：Can通信的传输速率较快，能够满足实时性的要求。
三、Can通信的应用Can通信广泛应用于汽车领域，主要用于实现汽车内部各个电子控制单元（ECU）之间的通信。
以下是Can通信在汽车领域的一些典型应用：1. 发动机控制单元（ECU）之间的通信：Can通信用于发动机控制单元与其他ECU之间的数据交换，如发动机转速、油耗等数据的传输。
2. 制动系统的控制：Can通信用于制动系统的各个部件之间的通信，如制动踏板、制动盘、制动液位等数据的传输。
3. 车身电子系统的控制：Can通信用于车身电子系统中各个部件之间的通信，如车门、车窗、天窗等设备的控制。
4. 安全系统的控制：Can通信用于安全系统中的各个部件之间的通信，如安全气囊、防抱死制动系统等设备的控制。
四、Can通信的发展趋势Can通信作为一种可靠、高效的通信协议，已经在汽车领域得到广泛应用。
CAN协议控制器局域网络的通信协议详解
CAN协议控制器局域网络的通信协议详解CAN（Controller Area Network）协议是一种控制器局域网络的通信协议，广泛应用于汽车电子控制系统、工业自动化和其他领域。
本文将对CAN协议进行详细解析，包括其基本原理、通信机制、数据帧格式以及应用领域等内容。
一、基本原理CAN协议是一种串行通信协议，采用两线制进行数据传输。
它通过差分信号技术实现抗干扰和抗干扰能力，可在复杂电磁环境下可靠工作。
CAN总线上的所有节点共享一个通信介质，通过仲裁机制和优先级来管理数据传输。
CAN协议支持多主机并行通信，不需要主从节点切换，节点之间的通信具有高度的实时性和可靠性。
二、通信机制CAN协议采用事件驱动的方式进行通信。
当一个节点有数据要发送时，它首先会监听总线上是否有其他节点正在发送数据，如果没有，它将发送数据；如果有其他节点正在发送数据，它将等待发送机会。
当多个节点同时发送数据时，CAN协议采用仲裁机制来决定哪个节点优先发送。
仲裁机制基于标识符（Identifier），具有较小标识符的节点优先级较高。
三、数据帧格式CAN协议定义了两种数据帧格式：标准帧和扩展帧。
标准帧由11位标识符组成，扩展帧由29位标识符组成。
数据帧中包含数据域、控制域、帧检验序列（CRC）和帧结束标志。
标准帧的数据域可存储0至8个字节的数据，扩展帧的数据域可存储0至64个字节的数据。
控制域包含帧类型和数据长度码。
帧结束标志表示数据帧传输结束。
四、应用领域CAN协议广泛应用于汽车电子控制系统和工业自动化领域。
在汽车电子控制系统中，CAN总线用于连接各个电子控制单元（ECU），如发动机控制单元、车身控制单元和传感器等，实现数据的交换和协调。
在工业自动化领域，CAN协议可用于连接各种控制设备和传感器，实现设备之间的通信和监控。
此外，CAN协议还被应用于机器人技术、电力系统以及医疗设备等领域。
总结：本文对CAN协议进行了详细解析。
CAN协议作为一种控制器局域网络的通信协议，具有较高的实时性、可靠性和抗干扰能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CAN（控制器局域网）基础知识
CAN基本知识，什么是CAN ?
CAN，全称为“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。
最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。
比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。
一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。
实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。
例如，当使用Philips P82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。
CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。
另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN 是怎样发展起来的？
CAN最初出现在80年代末的汽车工业中，由德国Bosch公司最先提出。
当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。
提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。
于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上。
1993年，CAN 已成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。
CAN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，而且能够检测出产生的任何错误。
当信号传输距离达到10Km时，CAN 仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。
由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。
CAN 是怎样工作的？
CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。
CAN层的定义与开放系统互连模型（OSI）一致。
每一层与另一设备上相同的那一层通讯。
实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连。
CAN的规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层。
下表中展示了OSI开放式互连模型的各层。
应用层协议可以由CAN用户定义成适合特别工业领域的任何方案。
已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的标准是DeviceNet，这是为PLC和智能传感器设计的。
在汽车工业，许多制造商都应用他们自己的标准。
表1 OSI开放系统互连模型7 应用层最高层。
用户、软件、网络终端等之间用来进行信息交换。
如：DeviceNet 6 表示层将两个应用不同数据格式的系统信息转化为能共同理解的格式 5 会话层依靠低层的通信功能来进行数据的有效传递。
4 传输层两通讯节点之间数据传输控制。
操作如：数据重发，数据错误修复 3 网络层规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议。
如：路由和寻址2 数据链路层规定了在介质上传输的数据位的排列和组织。
如：数据校验和帧结构1 物理层规定通讯介质的物理特性。
如：电气特性
和信号交换的解释CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。
最常用的就是双绞线。
信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性”。
用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显形”，此时，通常电压值为：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V。
CAN 有哪些特性？
CAN具有十分优越的特点，使人们乐于选择。
这些特性包括：低成本极高的总线利用率很远的数据传输距离(长达10Km) 高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后，可自动重发节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息
Philips制造的CAN芯片有哪些？
CAN微控制器P87C591 替代P87C592 XA C37 16位MCU CAN独立控制器SJA1000 替代82C200 CAN收发器PCA82C250 高速CAN收发器PCA82C251 高速CAN收发器PCA82C252 容错CAN收发器TJA1040 高速CAN收发器TJA1041 高速CAN收发器TJA1050 高速CAN收发器TJA1053 容错CAN收发器TJA1054 容错CAN收发器LIN收发器TJA1020 LIN收发器什么是CSMA/CD ? CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测”（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）的缩写。
利用CSMA访问总线，可对
总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。
利用这种方法，可以允许多个节点挂接到同一网络上。
当检测到一个冲突位时，所有节点重新回到‘监听’总线状态，直到该冲突时间过后，才开始发送。
在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。
为了避免发送时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。
当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的的报文优先发送。
在CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数字的ID。
CAN总线状态取决于二进制数‘0’而不是‘1’，所以ID号越小，则该报文拥有越高的优先权。
因此一个为全‘0’标志符的报文具有总线上的最高级优先权。
可用另外的方法来解释：在消息冲突的位置，第一个节点发送0而另外的节点发送1，那么发送0的节点将取得总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。
CAN的高层协议CAN的高层协议（也可理解为应用层协议）是一种在现有的底层协议（物理层和数据链路层）之上实现的协议。
高层协议是在CAN规范的基础上发展起来的应用层。
许多系统（像汽车工业）中，可以特别制定一个合适的应用层，但对于许多的行业来说，这种方法是不经济的。
一些组织已经研究并开放了应用层标准，以使系统的综合应用变得十分容易。
一些可使用的CAN高层协议有：制定组织主要高层协议CiA CAL协议CiA CANOpen协议ODV A DeviceNet 协议Honeywell SDS 协议Kvaser CANKingdom 协议什么是标准格式CAN和扩展格式CAN? 标准CAN的标志符长
度是11位，而扩展格式CAN的标志符长度可达29位。
CAN 协议的2.0A版本规定CAN控制器必须有一个11位的标志符。
同时，在2.0B版本中规定，CAN控制器的标志符长度可以是11位或29位。
遵循CAN2.0B协议的CAN控制器可以发送和接收11位标识符的标准格式报文或29位标识符的扩展格式报文。
如果禁止CAN2.0B,则CAN 控制器只能发送和接收11位标识符的标准格式报文，而忽略扩展格式的报文结构，但不会出现错误。
目前，Philips公司主要推广的CAN独立控制器均支持CAN2.0B协议，即支持29位标识符的扩展格式报文结构。