CAN協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)

I2C.SPI總線多用于短距離傳輸,協(xié)議簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)量少,主要用于IC之間的通訊,而 CAN 總線則不同，CAN(Controller Area Network) 總線定義了更為優(yōu)秀的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，并且擁有種類(lèi)豐富、簡(jiǎn)繁不一的上層協(xié)議。與I2C、SPI有時(shí)鐘信號(hào)的同步通訊方式不同，CAN通訊并不是以時(shí)鐘信號(hào)來(lái)進(jìn)行同步的，它是一種異步通訊，只具有CAN_High和CAN_Low兩條信號(hào)線，共同構(gòu)成一組差分信號(hào)線，以差分信號(hào)的形式進(jìn)行通訊。

CAN物理層的形式主要分為閉環(huán)總線及開(kāi)環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)兩種，一個(gè)適合于高速通訊，一個(gè)適合于遠(yuǎn)距離通訊。CAN閉環(huán)通訊網(wǎng)絡(luò)是一種遵循ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的高速、短距離網(wǎng)絡(luò)，它的總線最大長(zhǎng)度為40m，通信速度最高為1Mbps，總線的兩端各要求有一個(gè)

“120歐”的電阻。來(lái)做阻抗匹配，以減少回波反射。

?閉環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

CAN開(kāi)環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)是遵循ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)的低速、遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)，它的最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為125kbps，兩根總線是獨(dú)立的、不形成閉環(huán)，要求每根總線上各串聯(lián)有一個(gè)“2.2千歐”的電阻

開(kāi)環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

CAN總線上可以掛載多個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)經(jīng)過(guò)總線傳輸，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間通訊。由于CAN通訊協(xié)議不對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址編碼，而是對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行編碼，所以網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)理論上不受限制，只要總線的負(fù)載足夠即可，可以通過(guò)中繼器增強(qiáng)負(fù)載。

CAN通訊節(jié)點(diǎn)由一個(gè)CAN控制器及CAN收發(fā)器組成，控制器與收發(fā)器之間通過(guò)CAN_Tx及CAN_Rx信號(hào)線相連，收發(fā)器與CAN總線之間使用CAN_High及CAN_Low信號(hào)線相連。其中CAN_Tx及CAN_Rx使用普通的類(lèi)似TTL邏輯信號(hào)，而CAN_High及CAN_Low是一對(duì)差分信號(hào)線，使用比較特別的差分信號(hào)。當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，控制器把要發(fā)送的二進(jìn)制編碼通過(guò)CAN_Tx線發(fā)送到收發(fā)器，然后由收發(fā)器把這個(gè)普通的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)化成差分信號(hào)，通過(guò)差分線CAN_High和CAN_Low線輸出到CAN總線網(wǎng)絡(luò)。而通過(guò)收發(fā)器接收總線上的數(shù)據(jù)到控制器時(shí)，則是相反的過(guò)程，收發(fā)器把總線上收到的CAN_High及CAN_Low信號(hào)轉(zhuǎn)化成普通的邏輯電平信號(hào)，通過(guò)CAN_Rx輸出到控制器中。

差分信號(hào)

差分信號(hào)又稱差模信號(hào)，與傳統(tǒng)使用單根信號(hào)線電壓表示邏輯的方式有區(qū)別，使用差分信號(hào)傳輸時(shí)，需要兩根信號(hào)線，這兩個(gè)信號(hào)線的振幅相等，相位相反，通過(guò)兩根信號(hào)線的電壓差值來(lái)表示邏輯0和邏輯1。相對(duì)于單信號(hào)線傳輸?shù)姆绞?，使用差分信?hào)傳輸具有如下優(yōu)點(diǎn)：

? 抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎會(huì)同時(shí)耦合到兩條信號(hào)線上，而接收端只關(guān)心兩個(gè)信號(hào)的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。

? 能有效抑制它對(duì)外部的電磁干擾，同樣的道理，由于兩根信號(hào)的極性相反，他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

? 時(shí)序定位精確，由于差分信號(hào)的開(kāi)關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)，而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。

? 由于差分信號(hào)線具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以在USB協(xié)議、485協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議及CAN協(xié)議的物理層中，都使用了差分信號(hào)傳輸。

CAN協(xié)議中的差分信號(hào)

CAN協(xié)議中對(duì)它使用的CAN_High及CAN_Low表示的差分信號(hào)做了規(guī)定。以高速CAN協(xié)議為例，當(dāng)表示邏輯1時(shí)(隱性電平)，CAN_High和CAN_Low線上的電壓均為2.5v，即它們的電壓差V H -V L =0V；而表示邏輯0時(shí)(顯性電平)，CAN_High的電平為3.5V，CAN_Low線的電平為1.5V，即它們的電壓差為V H -V L =2V。