43.1-CAN通讯
43-CAN通讯
1.CAN 协议简介
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，它是由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（ISO11519），是国际上应用
最广泛的现场总线之一。
它具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境
温度恶劣、电磁辐射强及振动大的工业环境。
2.CAN物理层
与 I2C、SPI等具有时钟信号的同步通讯方式不同，CAN通讯并不是以时钟信号来进
行同步的，它是一种异步通讯，只具有 CAN_High和 CAN_Low两条信号线，共同构成一
组差分信号线，以差分信号的形式进行通讯。
3.两种差分结构：
（1）.闭环总线网络
CAN物理层的形式主要有两种，图 中的 CAN 通讯网络是一种遵循 ISO11898标准的高速、
短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为 40m，通信速度最高为 1Mbps，总线的两端各
要求有一个“120 欧”的电阻。
（2）.开环总线网络
图 中的是遵循 ISO11519-2 标准的低速、远距离“开环网络”，它的最大传输距离为 1km，
最高通讯速率为 125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个
“2.2 千欧”的电阻。
3. 通讯节点
从 CAN通讯网络图可了解到，CAN总线上可以挂载多个通讯节点，节点之间的信号经过总线传输，
网络中的节点个数理论上不受限制，只要总线的负载足够即可，可以通过中继器增强负载。
CAN通讯节点由一个 CAN控制器及 CAN收发器组成，控制器与收发器之间通过AN_Tx 及 CAN_Rx
CAN_Rx使用普通的类似 TTL逻辑信号，而 CAN_High及CAN_Low 是一对差分信号线，使用比较特别的
_Tx 线发送到收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号，通过差分线CAN_High和
CAN_Low 线输出到 CAN 总线网络。而通过收发器接收总线上的数据到控制器时，则是相反的过程，收发器
把总线上收到的 CAN_High及 CAN_Low信号转化成普通的逻辑电平信号，通过 CAN_Rx输出到控制器中。
在我们实验板中使用型号为 TJA1050的芯片作为 CAN收发器。CAN控制器与 CAN收发器的关系如同 TTL串口
与 MAX3232电平转换芯片的关系，MAX3232芯片把 TTL电平的串口信号转换成 RS-232 电平的串口信号，
CAN收发器的作用则是把 CAN 控制器的 TTL电平信号转换成差分信号(或者相反)。
4. 差分信号
差分信号又称差模信号，与传统使用单根信号线电压表示逻辑的方式有区别，使用差分信号传输时，
和逻辑 1。见图 43-3，它使用了 V+与 V-信号的差值表达出了图下方的信号。
相对于单信号线传输的方式，使用差分信号传输具有如下优点：
抗干扰能力强，当外界存在噪声干扰时，几乎会同时耦合到两条信号线上，而接
收端只关心两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
能有效抑制它对外部的电磁干扰，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们
对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。
时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单
端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上
的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。
由于差分信号线具有这些优点，所以在 USB协议、485协议、以太网协议及 CAN 协
议的物理层中，都使用了差分信号传输。
