工业网络技术教材PPT03 CAN通信及应用.pptx

CAN通信及应用

一、CAN通信原理二、CAN报文的种类及帧格式三、CAN通信应用

一、CAN通信原理1.CAN总线定义CAN总线协议（ControllerAreaNetwork），控制器局域网总线，是德国BOSCH公司研发的一种串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN网络中至少需要两个节点设备才可进行通信，发送数据时所有节点都能接收到所有信息，无法仅向某一个特定节点设备发送消息，对于节点接收到的无关的信息，可通过设置CAN总线硬件的本地过滤功能，对有效的消息做出反应。CAN由于其高性能和可靠性，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

一、CAN通信原理2.CAN总线结构CAN总线是一种广播类型的总线，可支持线形拓扑、星形拓扑、树形拓扑和环形拓扑等。（1）线形拓扑线形拓扑是在一条主干总线分出各个节点支线，其优点在于布线施工简单，接线方便，阻抗匹配规则固定，缺点是拓扑不够灵活，在一定程度上影响通讯距离，如图1所示：图1线性拓扑

一、CAN通信原理虽然CAN总线可以支持多种网络拓扑，但在实际应用中比较推荐使用线形拓扑，且在IOS11898-2中高速CAN物理层规范推荐也是线形拓扑。在ISO11898-2和ISO11898-3中分别规定了两种CAN总线结构。ISO11898-2中定义了通信速率为125Kbps～1Mbps的高速闭环CAN通信标准，当通信总线长度≤40米，最大通信速率可达到1Mbps，高速闭环CAN（高速CAN）通信如图1-3所示，ISO11898-3中定义了通信速率为10～125Kbps的低速开环CAN通信标准，当传输速率为40Kbps时，总线距离可达到1000米。低速开环CAN（低速容错CAN）通信如图2所示：图2(a)高速闭环CAN(b)低速闭环CAN

一、CAN通信原理（2）星形拓扑星形拓扑是每个节点通过中央设备连到一起，其优点是容易扩展，缺点是一旦中央设备出故障会导致总线集体故障，而且分支线长不同，阻抗匹配复杂，可能需要通过一些中继器或集线器进行扩展，如图3所示：图3星形拓扑

一、CAN通信原理（3）树形拓扑树形拓扑是节点分支比较多，且分支长度不同，其优点是布线方便，缺点是网络拓扑复杂，阻抗匹配困难，通讯中极易出现问题，必须加一些集线器设备，如图4所示：图4树形拓扑

一、CAN通信原理（4）环形拓扑环形拓扑是将CAN总线头尾相连，形成环状，其优点是线缆任意位置断开，总线都不会出现问题，缺点是信号反射严重，无法用于高波特率和远距离传输，如图5所示：图5环形拓扑

一、CAN通信原理3.CAN节点组成CAN节点通常由三部分组成：CAN收发器、CAN控制器和MCU。CAN总线通过差分信号进行数据传输，CAN收发器用于差分信号与TTL电平信号的正向或反向转换，CAN控制器用于接收TTL电平信号或将MCU处获取的数据以TTL电平信号的形式输出，如图6所示：图6CAN节点组成

一、CAN通信原理CAN总线分高速CAN和低速CAN，收发器也分为高速CAN收发器（1Mbps）和低速CAN收发器（125Kbps）。低速CAN也叫容错CAN（FaultToleranceCAN），指的是即使总线上一根线失效，总线依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作电平转换，CAN收发器的作用则是把逻辑信号转换为差分信号。

二、CAN报文的种类和帧格式1.报文种类CAN协议的报文传输过程中有：数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔5种形式。其中，数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。数据帧：用于发送节点向接受节点传送数据（最常用）。远程帧：用于接收节点向某个发送节点请求数据。错误帧：用于当某节点检测出错误时向其他节点通知错误帧。过载帧：用于接收节点向发送节点通知自身接收能力的帧。帧间隔：将数据帧或远程帧与前面的帧分离的帧。

二、CAN报文的种类和帧格式2.数据帧组成标准格式有11个位的标识符（ID），扩展格式有29个位的ID。如图7。最主要的数据帧组成：①起始段。表示数据帧开始的段。②仲裁段。表示该帧优先级的段。③控制段。表示数据的字节数及保留位的段。④数据段。数据的内容，一帧可发送0~8个字节的数据。⑤CRC段。检查帧的传输错误的段。⑥ACK段。表示确认正常接收的段。⑦结束段。表示数据帧结束的段。右图中D为显性电平，R为隐性电平。图7数据帧组成

二、CAN报文的种类和帧格式3.数据帧解析①帧起始。标准帧和扩展帧都是由1个位的显性电平表示帧起始。②仲裁段。表示数据优先级的段，标准帧和扩展帧格式在本段有所区别，如下所示：ID：高位在前，低位在后。基本ID，禁止高7位都为隐性，即不能：ID=1111111XXXX。RTR，远程请求位。0，数