CAN总线基础(一)

之前写了一篇关于OBD_II的文章,CAN总线和OBD-II都属于车载相关内容,可以了解下,传送门:OBD-II

一、CAN总线是什么?

CAN是Controller Area Network的简称,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,最早是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,1986年,BOSCH开发出面向汽车的CAN通信协议,后来,CAN总线通过ISO 11898和ISO 11595进行了标准化,现在在欧洲是汽车网络的标准协议。

CAN的应用非常广泛,工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

二、CAN总线的作用?

在汽车上,CAN总线的作用就是把不同的部件连接起来,然后这些部件都执行同一套标准协议,这样的好处是兼容性高,信息可以可靠共享,并且能减少整车的线束数量。

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三、CAN总线拓扑图

从拓扑图中可以看到一个CAN节点,主要由CPU,CAN控制器,CAN收发器组成。

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1、显性和隐性

CAN总线是差分线,有CAN_H和CAN_L两根线,差分线的抗干扰能力强,外界有干扰时,几乎同时会耦合到差分线的两根线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可以被完全抵消,图中箭头所示,虽然两根线都受到干扰,但是两者差值不变。
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CAN收发器根据CAN_H和CAN_L的差值来判断总线电平,总线电平有两种,显性电平和隐性电平,CAN2.0A/B规定的总线value如下:

电平 逻辑 总线Value
显性电平 0 CAN_H=3.5V,CAN_L=1.5V
隐性电平 1 CAN_H=2.5V,CAN_L=2.5V

有人会说,为什么显性电平是逻辑0,是因为CAN总线采用的"线与"的规则进行总线冲裁,在CAN2.0上规定了总线上同时传输显性和隐形电平时,总线是显性,即1&0=0,所以0为显性。

从下图可以看到,ISO11898的电平和ISO11519是不一样的,现在大多数都是和ISO11898一样的。
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下面是两个显隐性电平的区别比较,同时给出了最大最小值。
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2、CAN收发器的作用

*顾名思义,收发器既可以收,也可以发,“收”是接收CAN总线上的差分数据,将数据转换为TTL电平,发送给控制器;“发”是将CAN控制器的TTL电平信号转换为差分信号进行总线数据传输。
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3、CAN控制器的作用

CAN控制器一方面接收收发器的数据,进行解析后发送给CPU;另一方面接收CPU的指令数据,然后发送给CAN收发器。

4、120Ω终端电阻

高频信号传输时,信号波长相对传输线较短,信号在传输线终端会形成反射波,干扰原信号,所以需要在传输线末端加终端电阻,使信号到达传输线末端后不反射。对于低频信号则不用CAN总线两端必须连接终端电阻才可以正常工作,终端电阻应该与通讯电缆的阻抗相同,典型值为120欧姆,其作用是匹配总线阻抗,提高数据通信的抗干扰性及可靠行。 
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终端电阻并不都是120Ω,以下是ISO 11898的推荐值。
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四、基本的CAN总线电路

如下就是CAN BUS的基本电路,因为一般节点都是和OBD接口相连的,ESD保护非常重要,另一方面120Ω并不是任何时候都需要,所以电路设计时加一个JP1跳接帽比较好。
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必要时需要在CAN_H和CAN_L预留RC EMI filters,用来吸收EMI
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