CAN 总线技术详解

时间:2025-04-23
  一、CAN 总线概述
  CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络,由德国 BOSCH 公司开发,成为国际标准(ISO11898),是广泛应用的现场总线之一。在北美和西欧,它是汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,还有专为大型货车和重工机械车辆设计的 J1939 协议。
  二、CAN 总线特点
  多主机工作方式:网络上任意节点可在任意时刻向其他节点发送数据,通信方式灵活。
  节点优先级:每个节点有不同优先级,可满足实时性要求。
  非破坏性仲裁总线结构:两节点同时传送信息时,优先级高的优先传送。
  多种传送方式:有点对点、点对多点、点对全局广播三种。
  通信性能:通信距离可达 6km,通信速率可达 1MB/s,节点数可达 110 个。
  短帧结构:每帧有 8 个有效字节。
  可靠检错机制:数据出错率极低。
  自动重发:发送信息遭破坏后可自动重发。

  节点自动切断:节点严重错误时自动切断与总线联系,不影响其他操作。

  三、CAN 总线原理
  以广播方式从一个节点向另一个节点发送数据。发送节点的 CPU 把数据和标识符发给本节点的 CAN 芯片,芯片进入准备状态,收到总线分配后变为发送报文状态,将数据组成规定报文格式发出。网络中其他节点处于接收状态,先接收报文,通过检测判断是否发给自己。其面向内容的编址方案,便于在不修改软硬件情况下向总线加入新节点。
  四、CAN 总线应用
  汽车领域
  国外应用:沃尔沃、林肯、奥迪、宝马等国外汽车基本采用 CAN 总线技术,通过传感器将行驶数据发送到 “总线”,实现信息共享和系统协调运作,车配备的 CAN_BUS 数量更多。
  国内应用:奇瑞等国内汽车品牌部分车型应用该技术。受成本和技术限制,在 A 级及以下级别车型中,合资品牌应用较多,如 POLO、新宝来等;自主品牌中风云 2 是代表,能实现发动机、变速箱等控制器的通讯,增加驾驶安全度。

  汽车 CAN 总线节点 ECU 硬件设计:是设计带 CAN 接口的 ECU,其 CAN 总线模块由 CAN 控制器和 CAN 收发器构成。CAN 控制器执行完整 CAN 协议,完成通讯功能;CAN 收发器实现 CAN 控制器与总线之间逻辑电平信号的转换。

  五、CAN 总线信号类型
  CAN 总线是数字信号。模拟信号幅度取值连续,时间上连续或离散;数字信号幅度取值离散。模拟通信直观易实现,但保密性差、抗干扰能力弱;数字通信保密性强、抗干扰能力高、传输差错可控制、便于数字信号处理、可构建综合通信网,但占用频带宽、技术要求复杂、存在量化误差。若在数字通信系统中传输模拟消息,需在发送端进行模 - 数转换,接收端进行数 - 模转换;在模拟通信系统传输数字信号,需改造或加装数字终端设备。
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