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【CAN】手把手教你学习CAN总线（一）

news 2025/9/13 17:14:08

CAN总线

- 一、CAN总线概念
- 二、CAN的差分信号
- 三、CAN总线的通信协议
- - 1、帧起始
  - 2、仲裁段
  - 3、控制段
  - 4、数据段
  - 5、CRC段
  - 6、ACK段
  - 7、帧结束
- 四、CAN的位时序
- - 1、同步段（SS）
  - 2、传播时间段（PTS）
  - 3、相位缓冲段（PBS）
  - 4、再同步补偿宽度（SJW）

一、CAN总线概念

CAN（Controller Area Network）：控制器局域网网络，由德国博世汽车电子厂商开发出来。

CAN使用差分信号，具有较强的抗干扰能力和传输稳定性。
CAN属于多主通信，网络中所有的节点都可以作为主设备进行通信。
CAN的网络扩展极其方便，CAN网络中扩展了新的通信单元，网络中旧的单元和硬件无需任何改变
CAN具有较强的纠错能力，可以发现传输中出现的错误，并对错误节点进行隔离。

二、CAN的差分信号

模分信号是使用电平的绝对值来表示逻辑的差别。差分信号是使用两个电平的差值来表示逻辑值。
CAN传输使用两根数据线——CANH和CANL
高速ISO11898标准：

如果CANH(3.5V)和CANL(1.5V)的电压差 = 2V，此时表示逻辑0，叫做显性电平。
如果CANH(2.5V)和CANL(2.5V)的电压差 = 0V，此时表示逻辑1，叫做隐性电平。

三、CAN总线的通信协议

CAN使用5种通信帧，以数据帧为例来介绍帧结构。
在这里插入图片描述
数据帧的分析：
标准数据帧和扩展数据帧
D——显性电平 R——隐形电平

数据帧由7个部分组成

1、帧起始

表示数据帧开始的段，1位显性电平。

2、仲裁段

用来实现帧的优先级和帧的过滤。标准格式和扩展格式的仲裁段不同
在这里插入图片描述
（1）标准帧：
标准数据帧的仲裁段由11位ID和1位RTR位组成。RTR用来区分数据帧（显性电平）和遥控帧（隐性电平）。
（2）扩展帧：
扩展数据帧由29位ID、1位RTR、1位SRR和1位IDE组成，RTR用来区分数据帧（显性电平）和遥控帧（隐性电平），SRR用来代替标准帧中的RTR位，SRR是隐性电平，相同ID的标准帧的优先级高于扩展帧。
IDE用来区分标准帧（显性电平）还是扩展帧（隐性电平）

报文的优先级
由总线通过ID仲裁来判断，当总线上同时出现显性电平和隐性电平时，最终显示为显性电平。当多个节点同时竞争总线占有权时，谁先出现隐性电平，谁将失去总线占有权，转为接收状态。

3、控制段

在这里插入图片描述
r0、r1为保留位，默认为显性电平
4位DLC表示数据段的长度（0~8）

4、数据段

在这里插入图片描述
长度0~8字节，先发高位，再发地位。

5、CRC段

CRC错误校验，由15位CRC校验码和1位CRC界定符组成。
校验出了错误信息，可利用错误帧请求重发，重发次数可设定。
在这里插入图片描述

6、ACK段

在这里插入图片描述
由1位ACK槽和1位ACK界定符组成，发送发的ACK槽是隐性电平，接收方取人受到正确的数据后以显性电平应答。

7、帧结束

在这里插入图片描述
7位隐性电平

四、CAN的位时序

由于CAN是没有时钟线的，所以这个目的是为了保证每传输一位的数据的时间是固定的，不会由于时钟误差和传输延迟等原因造成不同位传输的时间不一致。
在这里插入图片描述
CAN传输1位由四段组成：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段2，1位结束后会使用再同步补偿宽度（SJW）进行再补偿。
这样设计的原因是让发送方和接收方的时序保持一致（消除误差）。

1、同步段（SS）

同步段用于实现时序的调整，完成显性/隐性电平的转换，也就是准备该位要发送的电平。

2、传播时间段（PTS）

用于吸收网络上的物理延迟，物理延迟包括发送的延迟，接收的延迟和信号传播的延迟。

3、相位缓冲段（PBS）

对于电平转换未被包含的部分进行补偿，同时和SJW一起补偿各单位的时钟误差，电平的读取在该段完成。

4、再同步补偿宽度（SJW）

补偿前面同步的误差（二次补偿）。
小结：接收方的采样一定在PBS1和PBS2之间，由于SS和PTS误差的变动，PBS的补偿也会随着误差的变化而变化。实现传输1位时间的固定，SJW对PBS的补偿进行二次补偿。
在这里插入图片描述

1位时间 = 8 ~ 25Tq
SS = 1Tq
PTS = 1 ~ 8Tq
PBS = 2 ~ 8Tq
SJW = 1 ~ 4Tq