CAN总线传输原理电子教案
CAN总线数据传输机理教案2
一、组织教学：（分钟进行考勤）组织教学是贯穿整节课。
二、导入新课：（分钟）CAN总线即是人们所称的汽车网络；是指控制区域网现场总线。
采用CAN总线传递信息，则所有的信息都通过两条数据线进行传递，成为各电控单元的一个信息共享的通讯平台，这样就减小由于汽车电控单元的增多导致的信号传输线增多而产生的线路复杂、故障增多和维修困难等弊病。
但随之而来的各电控单元对“电子语言”的解读和信息的发送就带来了挑战，所以协调各电控单元间的信息交换就变得非常的重要了。
三、讲授新课（分钟）1.数据的构成数据由多位构成。
在数据中，位数的多少由数据域的大小决定。
1位是信息的最小单位（单位时间电路状态）。
在电子学中，位只有“0 ”或“1”两个值。
也就是只有“是”或“不是”两个状态。
对于两位，可产生四个变化状态。
每一项信息都可由每一个变化状态表示，并与所有的控制单元联系。
例如：电动窗工作或冷却液温度信息。
当位1和位2都是0V传递时，表示运动或10℃；当位1为0V，位2为5V传递时，表示不运动或20℃等。
随着位数的增加，信息量相应增加，每增加一位数，产生的信息就会增加一倍。
2.网关（1）网关的功用由于电压电平和电阻配置不同，所以在CAN驱动数据线和CAN舒适信息数据总线之间无法直接进行耦合连接。
另外这两种数据总线的传输速率是不同的，这就决定了它们无法使用不同的信号。
这就需要在这两个系统之间能完成一个转换，这个转换过程是通过所谓的网关来实现的。
即CAN驱动数据总线与CAN舒适/信息数据总线是不同的数据总线系统，它们之间只能通过所谓的网关来连接。
网关的主要功能是实时连接在不同的数据总线上的控制单元能够交换数据，可以用火车站作为例子来清楚的说明网关的原理。
由于网关CAN总线的所有信息都供网关使用，所以网关也用作诊断接口。
（2）网关的特性尽量少的传输等待时间，信息丢失或超限差错最少，能处理总线出现的差错。
3．CAN总线的数据优先报吿权（1）数据的传递过程每条数据的传递包括五个过程：提供数据、发送数据、接收数据、检查数据、接受数据。
CAN总线的原理及使用教程
MSCAN08/MSCAN12
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MSCAN08通信实现
发送和接收函数
//--------------函数声明--------------------------// //发送1帧远程帧 unsigned char CANsnd1RFrm(unsigned int rid); //CAN发送1帧数据帧(数据长度<=8) unsigned char CANsnd1DFrm(unsigned int rid, unsigned char * databuf,unsigned char len); //查找空闲发送缓冲区 unsigned char GetSndBuf(void); //接收1帧
MSCAN08/MSCAN12
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位速率
位速率(Bit Rate) 指总线的传输速率，下表列出了距离与 位速率的相关数据。这里的最大距离是指 不接中继器的两个单元之间的距离。
MSCAN08/MSCAN12
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位定位与同步
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想的发送 器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。 标称位时间（Nominal Bit Time）：是标称位速 率的倒数。分成几个不重叠的片段：同步段 (SYNC_SEG ） 、 传 播 段 (PROG_SEG) 、 相 位 段 1(PHASE_SEG1)、相位段2(PHASE_SEG2)。
unsigned char CANrcv1Frm(unsigned char * canrcvbuf);
MSCAN08/MSCAN12 25
MSCAN08自环通信测试实例
(1)．回环工作方式测试工程文件列表
表 17-8 回环工作方式测试工程文件列表 工程文件名 所在路径 文件类型 文件名 GZ60C.h Includes.h Type.h 头文件 CANInit.h CAN.h Commsubs.h vectors.c C语言 子函数文件 C语言主函数 MCUInit.c CANInit.c CAN.c Main.c CANSelfTest.prj MC08Ex2007\GP32\GP32C\C16_CAN\01_SelfTest 功能简述 芯片头文件 总头文件 数据类型头文件 声明CAN初始化函数 CAN收发子函数头文件 串行通信等通用子函数头 文件 中断向量表 芯片系统初始化函数定义 MSCAN08初始化函数定义 CAN收发子函数定义 主函数 讲解章节 参见工程实例 [08C工程文件组织] 5.3 [08C工程文件组织]5.3 本章 本章 参见工程实例 参见工程实例 参见工程实例 [本章] [本章] [本章]
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。
《CAN总线》课件
CAN总线的网络拓扑结构
总线拓扑结构
CAN总线常采用“总线”拓扑结构，节点通过总线相连。
树形拓扑结构
扩展的CAN总线也可以采用树形结构，增加节点间的通信和连接。
混合型拓扑结构
实际应用中，总线和树形拓扑结构也可以结合使用，以满足特定的应用需求。
CAN总线的错误处理机制
错误检测
CAN总线采用CRC校验和一些其他 的技术进行检错，确保数据传输 的准确性。
CAN总线的优缺点及与其他总线的比较
优点
• 成熟的技术 • 高性能、高可靠性和实时性强 • 传输速率快，容量大 • 成本较低，可延迟升级
缺点
• 节点建设的成本较高 • 不支持多主机竞争机制 • 防干扰性不如其他总线
CAN总线的应用案例
汽车电子
CAN总线广泛应用于汽车车身控 制、发动机管理、制动系统、车 门锁等功能上。
CAN总线可以实现医疗器械的控 制、监测、通信等功能，提高医 疗设备的智能化。
CAN总线的物理层协议
CAN总线采用的物理层协议是双绞线双向传输，传输速率可选择1Mbps、500Kbps、250Kbps、125Kbps四种。 CAN常用的线缆是屏蔽双绞线。
CAN总线的数据链路层协议
1
逻辑链路控制
CAN总线使用了逻辑链路控制（LLC）协
CAN总线的标准化和认证
CAN总线的标准化和认证很重要，包括ISO11898标准规范、CANopen协议、Can in Automation（CiA）协议等， 同时还需符合CE、EMC、RoHS等认证标准。
信息帧的优先级
2
议。
CAN总线采用“重发优先级”机制，即具有
较高优先级的消息帧比较低优先级的消 息帧CAN总线的LLC协议实现了简单的流控制， 即发送方发完一部分帧后必须等待接收 方的回复才可继续发送。
can总线的传输原理
CAN总线的传输原理一、什么是CAN总线CAN总线（Controller Area Network）是一种广泛应用于汽车、工业领域以及其他领域的通信协议。
它是一种串行通信协议，能够实现多个设备之间的高速数据传输。
二、CAN总线的优点CAN总线相比其他通信协议具有以下几个优点：1.可靠性高：CAN总线采用差分信号传输，能够有效抵抗电磁干扰，提高数据传输的可靠性。
2.实时性好：CAN总线使用了非并行传输方式，可以实现实时数据的传输和处理。
3.扩展性强：CAN总线支持多主机和多设备并行通信，可以实现设备的灵活扩展和系统的模块化设计。
4.成本低廉：CAN总线采用了简单的硬件和软件实现方式，可以降低系统的成本。
三、CAN总线的传输原理CAN总线采用了一种基于事件驱动的传输方式，具体原理如下：1. 标识符和帧格式CAN总线的传输单位是帧（Frame），每个帧包括标识符（Identifier）、控制位（Control）、数据字段（Data）和校验位（CRC）。
其中标识符用于标识不同设备和数据类型，控制位用于控制数据传输的行为，数据字段用于存储实际传输的数据，校验位用于校验数据的准确性。
2. 差分信号传输CAN总线采用了差分信号传输，即使用两条线（CAN_H和CAN_L）传输数据。
在传输过程中，CAN_H和CAN_L的电压存在正负摆动，通过测量CAN_H和CAN_L之间的电压差来判断传输的数据是0还是1。
这种差分信号传输方式可以有效抵抗电磁干扰，提高数据传输的可靠性。
3. 碰撞检测和重发机制由于CAN总线支持多主机并行访问，可能会出现多个设备同时发送数据的情况，这时就会产生碰撞（Collision）现象。
为了解决碰撞问题，CAN总线采用了碰撞检测和重发机制。
当发生碰撞时，设备会检测到总线上的电压变化，通过退避算法重新发送数据，以确保数据传输的准确性。
4. 报文优先级CAN总线通过标识符来标识不同设备和数据类型，不同标识符的帧具有不同的优先级。
CAN总线详细教程精心编制
CAN总线布置、构造和基本特点
考虑到信号旳反复率及产生出旳数据量，CAN总线系统分为 三个专门旳系统
• CAN驱动总线（高速），500Kbit/s，可基本满足实时要求。 • CAN舒适总线（低速），100 Kbit/s，用于对时间要求不高 旳情况。 • CAN“infotainment”总线（低速），100Kbit/s，用于对 时间要求不高旳情况。
Canbus旳收发器如图所示，使用一种电路进行控制，这么也就 是说控制单元在某一时间段只能进行发送或接受一项功能。 逻辑“1”：全部控制器旳开关断开；总线电平为5Vor3.5V； Canbus未通讯。 逻辑“0”：某一控制器闭合；总线电平为0伏； Canbus进行通
所以总线导线上就会出现两种状态： 状态1： 截止状态，晶体管截止（开关未接合） 无源： 总线电平=1，电阻高
◆ 基于CAN旳应用层协议应用较通用旳有两种：DeviceNet（适合于工厂底层自动 化） 和 CANopen（适合于机械控制旳嵌入式应用）。 ◆ 任何组织或个人都可以从DeviceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范。 购买者将得到无限制旳、真正免费旳开发DeviceNet产品旳授权。 ◆ DeviceNet自2023年被确立为中国国家原则以来，已在冶金、电力、水处理、乳
汽车电子技术发展旳特点：
汽车电子控制技术从单一旳控制逐渐发展到 综合控制，如点火时刻、燃油喷射、怠速控 制、排气再循环。
电子技术从发动机控制扩展到汽车旳各个构 成部分，如制动防抱死系统、自动变速系统、 信息显示系统等。技术旳分类：
单独控制系统：由一种电子控制单元（ECU）控制 一种工作装置或系统旳电子控制系统，如发动机控 制系统、自动变速器等。
求
总之，使用汽车网络不但能够降低线束，而且 能够提升各控制系统旳运营可靠性，降低冗余 旳传感器及相应旳软硬件配置，实现各子系统 之间旳资源共享，便于集中实现各子系统旳在 线故障诊疗。
CAN 总线系统教学教案
2．数据传输过程高速CAN总线系统的数据传输过程主要分为数据发送和数据接收两部分。
1）数据发送【教师】通过多媒体展示“高速CAN总线系统的电压变化”图片，并进行讲解在高速CAN总线系统中，当所有电控单元都没有向数据传输总线发送数据时，电控单元的收发器处于截止状态，数据传输总线处于隐性状态，其上的电压大约为2.5 V。
当电控单元向数据传输总线发送数据时，数据传输总线处于显性状态，其上的电压会发生变化，即CAN-High线上的电压会升高一个预定值（至少为1 V），CAN-Low线上的电压则会降低相同值（至少为1 V）。
此时，CAN-High线上的电压不低于3.5 V，CAN-Low线上的电压不高于1.5 V。
由此可以看出，当数据传输总线处于隐性状态时，CAN-High线与CAN-Low线上的电压差为0 V；当数据传输总线处于显性状态时，CAN-High线与CAN-Low线上的电压差最低为2 V。
2）数据接收在高速CAN总线系统中，收发器内的接收器接收来自数据传输总线上的电平信号，它其实就是一个差分式信号放大器，用来处理数据传输总线上的电平信号，并将处理后的电平信号传输至接收区。
处理后的电平信号即为差分式信号放大器的输出电压，其大小为CAN-High线上的电压与CAN-Low线上电压的差值。
2.2.2 高速CAN总线系统的故障类型高速CAN总线系统的故障类型一般有电源故障、链路故障和节点故障三种。
电源故障是指汽车电源提供的电压低于高速CAN总线系统的工作电压，导致部分电控单元无法正常工作，从而影响通信。
链路故障主要包括短路故障和断路故障。
其中，短路故障主要包括数据传输总线自身短路、数据传输总线对正极短路和数据传输总线对地短路等；断路故障主要是指高速CAN总线系统内部线路断开。
节点故障主要是指高速CAN总线系统中的电控单元发生故障。
2.2.3 高速CAN总线系统的检修方法当高速CAN总线系统出现故障时，整个汽车车载网络系统将无法进行数据传输，因此需要对其进行检修，常用的检修方法包括用汽车检测仪检修、用万用表检修和用示波器检修三种。
can传输原理与过程及传输介质
Can总线应用案例：汽车电子 系统
Can总线在汽车电子系统中得到广泛应用。它用于连接车辆的各个子系统，如 发动机控制、制动系统、仪表板和娱乐系统等。
Can总线简介
CAN总线是一种现场总线技术，用于在电子设备中实现内部通信。它可以连接 多个设备，提供高速、可靠的数据传输，广泛应用于汽车、工业自动化、军 事和航天领域。
Can传输原理介绍
CAN总线采用分布式通信架构，使用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测） 协议。节点通过监听总线以检测冲突，并使用优先级和位时间来解决发生的 冲突。
CAN传输原理与过程及传 输介质
这个演示文稿将介绍CAN总线的传输原理、过程以及不同类型的传输介质。深 入剖析CAN节点的通信原理和与其他总线的比较，探讨CAN数据传输的优缺点， 并详细讲解CAN信号的分类与定义。演示文稿还包含CAN标准定义与版本历史、 网络拓扑结构和应用场景、物理层以及不同类型的传输介质。
Can信号分类与定义
CAN信号可以分为数字信号和模拟信号。数字信号用于传输二进制数据，模拟信号用于传输连续 变化的数据。
Can标准定义与版本历史
CAN标准由国际标准化组织（ISO）制定。最初的CAN标准发布于1986年，随后发展了多个版本， 包括CAN 2.0A、CAN 2.0B和CAN FD。
Can传输介质：双绞线
双绞线是CAN总线常用的传输介质之一。它具有良好的抗干扰能力和高可靠性，适用于短距离和 中等速率的数据传输。
Can传输介质：光纤
光纤是CAN总线的另一种传输介质。它具有高速、长距离传输的优势，并可以 抵抗电磁干扰。光纤适用于需要高带宽和长距离传输的应用。
Can传输介质：无线电波
Can控制器局域网络VS其他总线
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• (9)CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有 极好的检错效果。
• (10)CAN的通信介质可选择双绞线、同轴电缆或光纤。选 择十分灵活。
• (11)CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出的 功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。而且发送的 信息遭到破坏后，可以自动重发。
第2章 CAN总线传输原理
• 三、CAN总线的特点
• (1)CAN是到目前为止惟一具有国际标准且成本较低的现 场总线。
• (2)CAN为多主方式工作。网络上任一节点均可在任意时 刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，有极 高的总线利用率。
• (3)在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级， 可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在134μs 内得到传输。
• 在接收过程中，这些电压值经收发器又转换成比 特流，再经RX线(接收线)传至控制单元，控制单 元将这些二进制连续值转换成信息。
• 每个控制单元均可接收发送出的信息。这种原理 称为广播。
2．1．1 信息交换
第2章 CAN总线传输原理
• 2．1．2 功能元件
• (6)CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kb/s以下)； 通信速率最高可达1Mb/s(此时通信距离最长为40m)。
• (7)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达 110个。在CAN 2．0A标准帧报文中标识符有11位，而在 CAN 2．0B扩展帧报文中标识符有29位，使节点的个数 几乎不受限制。
第2章 CAN总线传输原理
• 四、CAN总线的组成
• 3 数据传输终端 • 数据传输终端是一个电阻器，其作用是防止数据在线
端被反射，并以回声的形式返回。数据在线端被反射 会影响数据的传输。 • 4 数据传输线 • 数据传输线是双向对数据进行传输的。两条传输线分 别称为CAN高线（CAN-H）和CAN低线（CAN-L）。 为了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN总线将 两条线缠绕在一起(双绞线)。 • 这两条线的电位相反，如果一条是5V，另一条就是 0V，始终保持电压总和为一常数。通过这种方法， CAN数据总线得到了保护，使其免受外界的电磁场干 扰，同时CAN数据总线向外辐射也保持中性，即无辐 射。
CAN总线传输原理
• 二、CAN的标准帧和扩展帧
第2章 CAN总线传输原理
• 二、CAN的标准帧和扩展帧
• 两种格式都是由帧起始SOF(Start of Frame)、仲 裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、 数据域(Data Field)、循环冗余检验域(CRC Field)、 应答域(Acknowledgment Field)和帧结束(End of Frame)七部分组成。
第2章 CAN总线传输原理
• 三、CAN总线的特点
• CAN总线上任意两个节点之间的最大通信 距离与位速率有关，表3-2列出了相关的数 据。
第2章 CAN总线传输原理
• 四、CAN总线的组成
• CAN数据总线由一个控制器、一个收发器、两个 数据传输终端及两条数据传输线组成。
• 除数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部。
• 两种格式的主要区别是，扩展格式将仲裁域由原 11位增加了18位，变成了29位。
• 替代远程请求SRR(Substitute Remote Request)， 为隐性位。
• 标识符扩展位IDE (Identifier Extension)，显性位 表示数据帧为标准格式，隐性位表示数据帧为扩 展格式。
• 基本车载网络系统由多个控制单元组成，这些控制单元通 过收发器(发射一接收放大器)并联在总线导线上，所有控 制单元的地位均相同，没有哪个控制单元有特权。称为多 主机结构。
• 数据传输总线采用一条导线或二条导线 ，第二条导线上 传输信号与第一条导线上的传输信号成镜像关系，这样可 有效抑制外部干扰。
第2章 CAN总线传输原理
• (4)CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总 线发送信息出现冲突时，优先级低的节点会主动退出发送， 而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大 大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情 况下，也不会出现网络瘫痪的情况。
第2章 CAN总线传输原理
• 三、CAN总线的特点
第2章 CAN总线传输原理
• 三、CAN总线的特点
• CAN总线上的数据可具有两种互补的逻辑值之一，显性 (主控)和隐性。“显性”表示为逻辑“0”，“隐性”表示 为逻辑“1”。在ISO的标准中两条总线上的电平如表3-1所 示。如果总线上的两个控制器同时向总线上发送显性电平 (主控电平)和隐性电平，则总线上始终是显性电平(线“与” 操作)。
第2章 CAN总线传输原理
• 2．1 CAN总线的传输原理
• 数据传输总线中的数据传递就像一个电话会议。 • 数据传输总线工作时的可靠性很高。 • 如果数据传输总线系统以用诊断仪读出这些故障。
• 数据传输总线正常的一个重要前提条件是：车在任何工况 均不应有数据传输总线故障记录。
第2章 CAN总线传输原理
• 四、CAN总线的组成
• 1 CAN控制器
• CAN控制器是用来接收控制单元中微电脑传来的 数据，对这些数据进行处理并将其传往CAN收发 器。同样，CAN控制器也接收由CAN收发器传来 的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单 元中的微电脑。
• 2 CAN收发器
• CAN收发器将CAN控制器传来的数据转化为电信 号并将其送入数据传输线。它也为CAN控制器接 收和转发数据。
• 2．1．1 信息交换
• 用于交换的数据称为信息，每个控制单元均可发 送和接收信息。二进制数据流也称为比特流。
• 在发送过程中，二进制值先被转换成连续的比特 流，该比特流通过TX线(发送线)到达收发器(放大 器)，收发器将比特流转化成相应的电压值，最后 这些电压值按时间顺序依次被传送到数据传输总 线的导线上。