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CAN总线原理介绍

一.现场总线简介

1、现场总线的概念:

现场总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。也被称为开放式的数字化多节点通信的底层控制网络。

现场总线作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上的作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。

2、几种较有影响的现场总线技术：

基金会现场总线(FF-FoundationFieldbus)，Lonworks，PROFIBUS，HART，CAN现场总线是几种较重要的现场总线技术。

二.CAN总线技术:

1、CAN总线简介:

CAN（ControllerAreaNetwork）－控制器局域网。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线最早是由德国Bosch公司在80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆、光导纤维，通信速率可达１Mbps。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层，数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充，数据块编码，循环冗余校验，优先级判别等项工作。

2、CAN总线技术的主要特点：

⑴多主站依据优先权进行访问。

CAN为多主方式工作，网络上的任一节点在任何时候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息。

⑵采用短帧传送。

CAN采用短帧结构，废除了对传统的站地址编码，而是对通讯数据进行编码。每帧数据信息为０∽８个字节，具体长度由用户决定。

⑶无破坏基于优先权的仲裁。

当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动的退出总线发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突时间。

⑷借助接收滤波的多地址帧传送。

CAN只需通过报文滤波即可实现点对点，一点对多点以及全局广播等几种方式来传输数据，无需专门的“调度”。各个接收站依据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，决定是否接收。

⑸强有力的错误控制及错误重发功能：

CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭受破坏的帧可自动重新发送，每帧信息中不可检错的概率低于310-5。

⑹长距离高速率发送：

CAN的直接通信距离最远可达10km（速率５km以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。CAN的通讯速率与其通信距离有呈线性关系。

⑺CAN总线多负载能力：

CAN上的节点数主要取决于物理总线的驱动电路，节点数目前可达110个；其报文标识符2032种（CAN2.0A标准），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。

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３、CAN的一些基本概念

⑴报文――报文就是在总线上所传送的信息，该信息以不同的报文传送，但报文长度要受帧结构的限制。当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。

⑵帧传送――在总线上传输的报文以帧结构进行传输。报文传送由４种不同类型的帧来表示和控制：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。

⑶仲裁――仲裁用于处理总线访问冲突。方法是依据其报文优先权，而优先权由报文标识符与RTR位来唯一确定。

⑷标识符―一个报文的内容由其标识符ID命名，ID并不指出报文的目的，但描述了数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据是否使它们激活。

⑸技术规范――CAN技术规范（Version2.0）包括2.0A和2.0B。2.0A的报文标识符为11位，2.0B有标准和扩展两种报文格式，前者的标识符19位，后者29位。

⑹远程数据请求――通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧以相同的标识符命名。

⑺显性隐性――CAN总线数值为两种互补的逻辑数值：“显性”和“隐性”。其中显性表示逻辑“0”，而隐性表示逻辑“1”。当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性。４、CAN传送的帧结构

报文传送主要有四种不同类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧以及超载帧。

⑴数据帧

数据帧携带数据由发送器至接收器，它由７个不同的位场组成，分别是帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场以及帧结束。在具体编程中只要正确地运用仲裁场、控制场中的数据长度码、数据场即可。

帧起始――标志一个数据帧或远程帧的开始，它是一个显性位。

仲裁场――包括报文标识符11位（CAN2.0A标准）和远程发送申请RTR位，这12