一文读懂CAN通讯和电路：从基础到应用的全面指南

一文读懂CAN通讯和电路：从基础到应用的全面指南

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/snowman1019/article/details/145857723

CAN（Controller Area Network）总线是一种由德国博世公司开发的串行通信协议，最初应用于汽车电子系统，现已广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备等多个领域。本文将详细介绍CAN总线的起源、信号传输模式、数据帧结构、电器参数、应用设计以及问题排查方式，帮助读者全面了解CAN总线技术。

起源

CAN总线由德国博世公司于1980年代开发，最初用于汽车电子系统，以减少车辆内部的复杂布线，提高数据传输效率和可靠性。1993年，CAN总线被国际标准化组织（ISO）采纳，成为ISO 11898标准。目前，CAN已广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备、航天等领域。

信号传输模式

CAN总线采用差分信号传输，通过一对双绞线（CAN_H和CAN_L）来传输数据，提高抗干扰能力和可靠性。

数据帧结构

标准CAN（11-bit标识符）和扩展CAN（29-bit标识符）帧格式包括：

• 起始位：表示帧的开始
• 标识符（ID）：表示消息的优先级
• 控制字段：标明数据长度
• 数据字段：包含0-8字节数据
• CRC校验：保证数据完整性
• 确认位：接收节点确认数据有效性
• 结束位：标志帧结束

多主竞争仲裁机制

• CAN采用非破坏性CSMA/CD-AM机制（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and Arbitration on Message Priority）。
• 低ID（高优先级）数据可在总线竞争中获胜，确保重要数据先被传输。

电器参数

电压等级

• CAN_H典型电压范围：2.5V - 3.5V（显性3.5V）
• CAN_L典型电压范围：1.5V - 2.5V（显性1.5V）
• 隐性状态：CAN_H和CAN_L都为2.5V

传输速率

• 典型速率：10kbps ~ 1Mbps（标准CAN）
• CAN FD（Flexible Data-rate）：支持5Mbps以上传输速率

终端电阻

• 典型值120Ω，保证总线阻抗匹配，减少反射信号

最大通信距离（标准CAN）

• 1Mbps：≤40m
• 125kbps：≤500m
• 10kbps：≤5km

应用设计

CAN设备连接

• 采用双绞线传输信号，建议用屏蔽双绞线减少干扰
• 确保每端有120Ω终端电阻，总线两端都需要终端电阻匹配

典型应用

• 汽车电子：发动机控制、ABS刹车系统、空调控制等
• 工业自动化：PLC控制、机器人通讯
• 医疗设备：数据采集、监护仪连接
• 楼宇自动化：智能照明、安防系统

问题排查方式

物理层检查

• 测量CAN_H和CAN_L对地电压是否正常（典型2.5V）
• 终端电阻是否匹配（两端各120Ω，总线整体60Ω）

通信协议排查

• 使用示波器查看波形，确认仲裁和数据完整性
• 通过CAN分析仪读取数据帧，确认ID和数据内容

常见故障与解决方案

• 无数据传输→检查终端电阻、电源供电
• 数据错误→检查波特率是否匹配
• 总线挂起→检查是否有某个节点持续发送显性信号（如设备短路）

本文详细介绍了CAN总线的各个方面，从基本概念到实际应用，再到故障排查，为读者提供了一个全面的技术指南。无论是对于初学者还是有一定经验的技术人员，都能从中获得有价值的知识。