CAN总线简介

Posted 2020-11-27 beiyhs

        CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，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，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最

广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工

业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的

J1939协议。

     CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而

CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会在

出现在RS-485网络中的现象，即当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线

呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且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，从而保证不会出现像在网络中，因个别节点出现问

题，使得总线处于“死锁”状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接

口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是仅有电气协议的RS-485

所无法比拟的。

    另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸

多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市

场竞争力的重要原因。
     最有前途的现场总线之一CAN 即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通

信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独

特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些

著名的汽车制造厂商都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据

通信。同时，由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、

航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械

及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。

其典型的应用协议有：SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、

NMEA 2000等。

      CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。

较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下

方面具有明显的优越性：

网络各节点之间的数据通信实时性强

       首先，CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权（取决于报

文标识符）采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编

码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得

CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可

靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的

方式进行，系统的实时性、可靠性较差；

开发周期短
  CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据

交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆

或光导纤维。通信速率最高可达1Mbps。

完成对通信数据的成帧处理

    CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处

理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

使网络内的节点个数在理论上不受限制

CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这

种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由11位或29位二进制

数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点

同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满

足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间

过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了

数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备

的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

可在各节点之间实现自由通信

   CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的

特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可

在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯

片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。CAN总线插卡可以任意

插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。

结构简单

只有2根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块。

传输距离和速率

CAN总线特点：

(1) 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他（一个或多个）节点发起数据通信，靠各

个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134μs通信;

(2) 多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞;

(3) 通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M）；

(4) CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小

     数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。