CAN總線入門（硬件部分）

今天的文章是關(guān)于最重要的車載總線——CAN BUS。

汽車上的 OBD 接口，到底是啥東西？

文章目錄：

一、CAN 總線是什么？

二、CAN 總線的作用？

三、CAN 總線的優(yōu)點(diǎn)

四、CAN 總線的歷史

五、CAN 總線拓?fù)鋱D

• 顯性和隱性
• CAN 收發(fā)器的作用
• CAN 控制器的作用
• 120Ω終端電阻

六、基本的 CAN 總線電路

一、CAN 總線是什么？

CAN 是 Controller Area Network 的簡(jiǎn)稱，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，最早是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó) BOSCH 公司開發(fā)的，1986 年，BOSCH 開發(fā)出面向汽車的 CAN 通信協(xié)議，后來，CAN 總線通過 ISO 11898 和 ISO 11595 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

把汽車比如成人體，那 CAN 總線就是神經(jīng)系統(tǒng)，電子控制單元（ECU）就是身體的一部分，身體是由多個(gè) ECU 組成的，各個(gè) ECU 之間通過神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行通信，一個(gè)部分感知到的信息可以與另一部分共享。

CAN 的應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。

二、CAN 總線的作用？

在汽車上，CAN 總線的作用就是把不同的部件連接起來，然后這些部件都執(zhí)行同一套標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這樣的好處是兼容性高，信息可以可靠共享，并且能減少整車的線束數(shù)量。

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節(jié)點(diǎn)可以掛很多部件

三、CAN 總線的優(yōu)點(diǎn)

1. 簡(jiǎn)單低成本：ECU 通過單個(gè) CAN 系統(tǒng)進(jìn)行通信，而不是直接的復(fù)雜模擬信號(hào)線通信，這樣減少了錯(cuò)誤，重量，接線和成本。

2. 完全集中：CAN 總線提供了一個(gè)接入點(diǎn)，可以與所有網(wǎng)絡(luò) ECU 進(jìn)行通信，——支持集中診斷，數(shù)據(jù)記錄和配置。

3. 穩(wěn)定：CAN 總線具有強(qiáng)大的抗電干擾和抗電磁干擾能力，非常適合對(duì)安全要求嚴(yán)格的應(yīng)用（例如車輛）。

4. 高效：通過 ID 對(duì) CAN 幀進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，以便優(yōu)先級(jí)最高的數(shù)據(jù)可以立即訪問總線，而不會(huì)引起其他幀的中斷。

四、CAN 總線的歷史

CAN 總線發(fā)展很多年了。

CAN 之前版本：汽車 ECU 是復(fù)雜點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線。

1986 年：博世開發(fā)了 CAN 協(xié)議作為解決方案。

1993 年：CAN 被采用為估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898）

2003 年：ISO 11898 稱為標(biāo)準(zhǔn)系列。

2012 年：博世發(fā)布了 CAN FD 1.0

2015 年：CAN FD 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（ISO 11898-1）

2016 年：CAN 物理層，數(shù)據(jù)速率高達(dá) 5Mbit/s，已通過 ISO 11898-2 標(biāo)準(zhǔn)化。

如今，CAN BUS 已成為汽車、卡車、公共汽車、拖拉機(jī)、輪船、飛機(jī)等的標(biāo)準(zhǔn)配置。

五、CAN 總線拓?fù)鋱D

從拓?fù)鋱D中可以看到一個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)，主要由 CPU，CAN 控制器，CAN 收發(fā)器組成。

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CAN 總線拓?fù)?/p>

1. 顯性和隱性

CAN 總線是差分線，有 CAN_H 和 CAN_L 兩根線，差分線的抗干擾能力強(qiáng)，外界有干擾時(shí)，幾乎同時(shí)會(huì)耦合到差分線的兩根線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消，圖中箭頭所示，雖然兩根線都受到干擾，但是兩者差值不變。

CAN 收發(fā)器根據(jù) CAN_H 和 CAN_L 的差值來判斷總線電平，總線電平有兩種，顯性電平和隱性電平，CAN2.0A/B 規(guī)定的總線 value 如下：

有人會(huì)說，為什么顯性電平是邏輯 0，是因?yàn)?CAN 總線采用的"線與"的規(guī)則進(jìn)行總線沖裁，在 CAN2.0 上規(guī)定了總線上同時(shí)傳輸顯性和隱形電平時(shí)，總線是顯性，即 1&0=0，所以 0 為顯性。

從下圖可以看到，ISO11898 的電平和 ISO11519 是不一樣的，現(xiàn)在大多數(shù)都是和 ISO11898 一樣的。下面是兩個(gè)顯隱性電平的區(qū)別比較，同時(shí)給出了最大最小值。

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兩種標(biāo)準(zhǔn) CAN 總線電平區(qū)別

2. CAN 收發(fā)器的作用

顧名思義，收發(fā)器既可以收，也可以發(fā)，收是接收 CAN 總線上的差分?jǐn)?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 TTL 電平，發(fā)送給控制器；發(fā)是將 CAN 控制器的 TTL 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)進(jìn)行總線數(shù)據(jù)傳輸。

3. CAN 控制器的作用

CAN 控制器一方面接收收發(fā)器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行解析后發(fā)送給 CPU；另一方面接收 CPU 的指令數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給 CAN 收發(fā)器。

4. 120Ω終端電阻

高頻信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)波長(zhǎng)相對(duì)傳輸線較短，信號(hào)在傳輸線終端會(huì)形成反射波，干擾原信號(hào)，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號(hào)到達(dá)傳輸線末端后不反射。

對(duì)于低頻信號(hào)則不用 CAN 總線兩端必須連接終端電阻才可以正常工作，終端電阻應(yīng)該與通訊電纜的阻抗相同，典型值為 120 歐姆，其作用是匹配總線阻抗，提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠行。?

終端電阻并不都是 120Ω，以下是 ISO 11898 協(xié)議的推薦值。

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終端電阻取值

四、基本的 CAN 總線電路

如下就是 CAN BUS 的基本電路，因?yàn)橐话愎?jié)點(diǎn)都是和 OBD 接口相連的，ESD 保護(hù)非常重要，另一方面 120Ω并不是任何時(shí)候都需要，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)加一個(gè) JP1 跳接帽比較好。

必要時(shí)需要在 CAN_H 和 CAN_L 預(yù)留 RC EMI filters，用來吸收 EMI。

CAN 總線上預(yù)留 RC 吸收 EMI

今天的文章到這里就結(jié)束了。。。

后續(xù)的文章會(huì)更新 CAN 總線的軟件協(xié)議部分，盡請(qǐng)期待。