【CAN基礎】電平、邏輯、報文是怎么來的

CAN總線通訊是我們每天都會使用的工業通訊總線，工程師更多的是關注報文是否能夠正常接收，解析結果是否正確。卻忽略了CAN總線的報文是怎么產生以及收發的，所以遇到通訊異常的問題時就會無從下手。那么這篇文章將會帶您快速了解報文的傳輸原理。

一、節點通訊的原理

圖1  CAN節點示意圖

如圖1所示是一個CAN節點的示意圖，整體包括了CAN收發器、CAN控制器和MCU。我們以節點發送報文為例，當我們使用上位機軟件發送一段報文時，報文會通過MCU發送給CAN控制器。CAN控制器將這段報文解析成邏輯信號后，再發送給CAN收發器。CAN收發器根據CAN-bus標準將接收到的邏輯信號轉換成電信號，再通過CAN_H和CAN_L兩根總線將電信號傳到總線上的其他節點上。

簡單說就是MCU將報文發送給控制器，控制器將報文轉換成符合規范的CAN報文后，通過CAN收發器以電信號的形式在總線上進行傳輸。

二、電平是如何轉換成邏輯？

圖2  CAN-bus信號電平

如圖2所示，CAN總線使用的是雙線差分信號，所以分為CAN_H和CAN_L兩根總線，根據兩根總線之間電壓的差值大小來判斷其顯隱性。而線纜上傳輸的電平信號只有兩種可能，分別為顯性電平和隱性電平，其中顯性電平代表邏輯 0，隱性電平代表邏輯 1。

當接受到報文時，首先就要通過CAN收發器將電信號轉換成邏輯信號。根據圖3所示的ISO11898高速CAN電平標準進行判斷，但是線路上經常會受到各種干擾，為了保證傳輸的穩定性。所以差分電平小于0.5V就是隱性電平代表邏輯1，差分電平大于0.9V就是顯性電平代表邏輯0。

圖3  ISO11898高速CAN電平

三、邏輯信號如何轉換成報文？

CAN控制器是CAN-bus設備的核心元件，集成了CAN規范中數據鏈路層的全部功能，能夠自動完成CAN-bus協議的解析。

當CAN收發器將邏輯信號傳送給CAN控制器后，CAN控制器會將邏輯信號轉換成符合CAN規范的CAN幀。而CAN幀的類型包括了數據幀、遠程幀、幀間空間、錯誤幀和超載幀。

圖 4  標準幀格式

以最常見的數據幀為例，圖4就是標準幀的格式，包括了幀起始、仲裁場、控制場、數據場等。

圖5  報文解析實例

圖5就是報文解析的實例，當接受到對應的邏輯信號后，CAN控制器就會根據規定的CAN幀格式進行解析，并將報文發給MCU。

四、上位機報文顯示

圖 6  上位機報文顯示

如圖6所示，當CAN控制器完成了CAN-bus協議的解析后，就會將報文傳輸到MCU中在上位機軟件中進行顯示。像幀起始、CRC場、ACK場這樣的數據不讀取，所以我們上位機軟件只顯示數據幀類型、幀ID和幀數據等信息。

總結：

對于CAN總線報文錯誤來說，百分之九十的錯誤都來自于物理層，而CANScope總線分析儀可以對CAN 波形與報文同步發送和接收，快速對CAN總線進行各項測試，幫助工程師們快速完成故障定位和問題排查。