CAN通讯解析和应用

CAN

说到CAN,对前几章做一个总结

UART:(Universal Asynchronous Receiver Transmitter:通用异步收发器/异步串行通信口),是一种通用的串行数据总线,用于异步通信,支持全双工。它包括了RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范,即UART是异步串行通信口的总称。

IIC总线协议:I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

SPI总线协议:SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。

RS232接口缺陷:  (1)接口的信号电平值较高( +/-15V),易损坏接口电路的芯片。  (2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps。  (3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。  (4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能用在50米左右。

RS485是对RS232的改进,特点包括:  ①接口电平低,不易损坏芯片。RS485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(2 ~ 6)V表示,逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V表示。接口信号电平比RS232降低了,不易损坏接口电路的芯片。  ②传输速率高。10米时,RS485的数据最高传输速率可达35Mbps,在1200m时,传输速度可达100Kbps。  ③抗干扰能力强。RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好。  ④传输距离远,支持节点多。RS485总线最长可以传输1200m以上(速率≤100Kbps)一般最大支持32个节点,如果使用特制的485芯片,可以达到128个或者256个节点,最大的可以支持到400个节点。 

CAN总线通信系统是串行通信的一种,要优于RS485总线,是目前比较常用的一种工业总线,如汽车的电气部分就采用CAN总线实现通信。  I2C、SPI等具有时钟信号的同步通讯方式不同,CAN通讯并不是以时钟信号来进行同步的,它是一种异步半双工通讯。(同步即在同一个时钟驱动下数据通信,半双工即接受与发送不能同时进行

个部分的多个器件都挂载在CAN总线上(一个CAN总线上的所有器件通讯速率必须相同),各个部分再汇集到网关,由网关分配实现各个不同速率的部分之间通讯,这样就很方便轻松实现了对汽车整体电控部分的检测与控制。  在汽车、工业控制领域,数据通信的稳定性和正确性要求极高,因为设备的工作环境既有振荡、高温、辐射等各种不定因素,那不是一般的通信协议能够满足的。除此之外,CAN通信还有许多优秀的特点AN协议经过ISO标准化后有两个标准ISO11898标准和IS011519-2标准。其中ISO11898是针对通信速率为125Kbps~1Mbps的高速通信标准(闭环),而IS011519-2是针对通信速率为125Kbps以下的低速通信标准(开环)。Kbps:总线的通信速率,指的是位速率。或称为比特率(和波特率不是一回事),表示的是:单位时间内,通信线路上传输的二进制位的数量,其基本单位是 bps 或者 b/s (bit per second)。CAN的组成一般有两种方式:1:CPU与CAN控制器集成到一起、再外接CAN收发器;2:另一种是CPU与CAN控制器分开的,使用的时候需要配置CAN接口电路,比较麻烦。STM32中就是采用第一种方式,将CAN接口集成在芯片内,使用的时候再外接CAN收发器(顾名思义,可发送,可接收),常用的有TJA1050或者82C250。

CAN收发器是用于TTL电平与差分电压信号相互转换的,TTL电平即单片机引脚直接提供的电平,逻辑0代表低电平,逻辑1代表高电平;而差分电压信号则为固定的电压值。我们看CAN的通讯过程  以ISO11898 标准的高速、短距离闭环网络为例,总线最大长度为 40m,通信速度最高为 1Mbps。在 CAN 总线的起止端有一个 120Ω的终端电阻,是用来来做阻抗匹配,以减少回波反射。

按照定义: CAN_High - CAN_Low < 0.5V 时候为隐性的,逻辑信号表现为"逻辑1",即高电平。CAN_High - CAN_Low > 0.9V 时候为显性的,逻辑信号表现为"逻辑0",即低电平。

隐性、显性之间存在天然的优先级特性:显性(逻辑0)的优先级比隐性(逻辑1)高;该优先级的特性,可以用来进行多主机的仲裁;在总线上显性电平具有优先权,只要有一个节点输出显性电平,总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味,只有所有的单元都输出隐性电平,总线上才为隐性电平

关于CAN的传输协议不再赘述了。

这是目前常用的CAN通讯电路,长时间测试和使用完全没问题,已经批量在市场上使用了。

小结:1.目前按照常规说法,CAN可以接110个设备,不分主从,实际也要看总线负载,一般面试的喜欢问;

2.CAN主要用于汽车通讯,做好接口防护和阻抗匹配。

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