can總線結構和原理

控制器局域網總線(CAN，Controller Area Network)是一種用于實時應用的串行通訊協議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN協議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協議的健壯性使其用途延伸到其他自動化和工業應用。CAN協議的特性包括完整性的串行數據通訊、提供實時支持、傳輸速率高達1Mb/s、同時具有11位的尋址以及檢錯能力。

CAN系統組成

CAN總線用戶接口簡單，編程方便。網絡拓撲結構采用總線式結構。這種網絡結構簡單、成本低，并且采用無源抽頭連接，系統可靠性高。通過CAN總線連接各個網絡節點，形成多主機控制器局域網(CAN)。信息的傳輸采用CAN通信協議，通過CAN控制器來完成。各網絡節點一般為帶有微控制器的智能節點完成現場的數據采集和基于CAN協議的數據傳輸，節點可以使用帶有在片CAN控制器的微控制器，或選用一般的微控制器加上獨立的CAN控制器來完成節點功能。傳輸介質可采用雙絞線、同軸電纜或光纖。如果需要進一步提高系統的抗干擾能力，還可以在控制器和傳輸介質之間加接光電隔離，電源采用DC-DC變換器等措施。這樣可方便構成實時分布式測控系統。微控制器，或選用一般的微控制器加上獨立的CAN控制器來完成節點功能。傳輸介質可采用雙絞線、同軸電纜或光纖。如果需要進一步提高系統的抗干擾能力，還可以在控制器和傳輸介質之間加接光電隔離，電源采用DC-DC變換器等措施。這樣可方便構成實時分布式測控系統。

CAN總線的物理接口

采用CAN收發器PCA82C250作為CAN控制器和物理總線之間的接口，提供向總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力。

一般在驅動芯片和CAN控制器之間加入光電耦合器，增加抗干擾能力。CAN總線的速度將由光電耦合器的速度決定。比如：用4N27光耦，因為它的響應速度比較慢，CAN網絡的位速度只能達到幾十Kbit/s。如果采用6N137高速光電耦合器，CAN網絡速度可以達到和電阻網絡驅動時的速度一樣。另外，物理層的設計要注意電纜的終端阻抗匹配，這直接影響了CAN總線能否正常工作和網絡性能，一般在CAN總線兩端并聯120Ω的電阻。

CAN總線的工作原理

CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協議支持多主控制器。 CAN與I2C總線的許多細節很類似，但也有一些明顯的區別。

當CAN總線上的一個節點(站)發送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節點。對每個節點來說，無論數據是否是發給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優先級，這種報文格式稱為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個站發送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。

當一個站要向其它站發送數據時，該站的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態;當它收到總線分配時，轉為發送報文狀態。CAN芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時網上的其它站處于接收狀態。每個處于接收狀態的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發給自己的，以確定是否接收它。

由于CAN總線是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時，數據傳輸協議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數據時，可由網上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。

CAN總線的特點

(1)具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優點;

(2)采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環境中工作;

(3)具有優先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網絡;

(4)可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文;

(5)可靠的錯誤處理和檢錯機制;

(6)發送的信息遭到破壞后，可自動重發;

(7)節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能;

(8)報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息。