电路基础知识——CAN总线

CAN总线协议基础知识

BaIIandawang

7213人浏览 · 2023-07-02 15:34:31

BaIIandawang · 2023-07-02 15:34:31 发布

一、总线特性（半双工接线）

1、优势及应用

• 数据传输速度高（相对）， 1Mbit/s

• 抗干扰能力强（差分数据线）

• 具有自我诊断能力（错误侦测）

• 只需要一条CAN总线控制线和电源线

•与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。

•CAN总线总裁机制的实现也就实现了CAN总线的多主机模式，总线节点不存在谁主谁从的概念

2、总线电平

CAN2.0A/B 标准规定：总线空闲时， CAN_H 和 CAN_L 上的电压为 2.5V

显性电平（逻辑 0）： CAN_H 3.5V CAN_L 1.5V

隐性电平（逻辑 1）： CAN_H 2.5V CAN_L 2.5V

3、支持的最大节点数目

$n_{max}$ 节点最大数量由收发器可以驱动的最小负载阻抗决定的， $R_{T}$ 为终端电阻， $R_{w}$ 为总线阻抗， $R_{diff}$ 为差分输入阻抗。

收发器型号	$R_{diff.min}$ (KΩ)	$V_{cc.min}(V)$	$R_{L.min}$ (Ω)	节点数量 $R_{T.min}$ =118Ω	节点数量 $R_{T.min}$ =130Ω
TJA1050	25	4.75	45	131	170
TJA1050	25	4.9	39	217	256
PCA82C250	20	4.9	45	105	136

4、总线长度

总线通信速率越高，通信距离越短，对物理传输线的要求就越高，在双绞线、屏蔽线还是其他的传输线选择上，通信速率是一个很关键的参数。对于双绞线而言，信号在其中的传播延时时间约为，5ns/m （典型值）。

影响总线长度的其他因素：

（ 1）信号在节点 ECU 内部的延时时间

（ 2 ）振荡器的容差（各个节点 ECU 内部晶振频率的差别）

这些因素加起来就形成了 CAN 总线通信中总的信号延时

5、控制器和收发器

（1）控制器

CAN 控制器主要实现了两部分的功能， 1 ：数据链路层的全部功能；2 ：物理层的位定时功能

（2）收发器

按照 BOSCH CAN 总线标准将 0 或 1 逻辑信号转换为标准中规定的电平，同时有反馈功能

二、ISO 标准化的 CAN 协议

CAN 协议经 ISO 标准化后有 ISO11898 标准和 ISO11519-2 标准两种。 ISO11898 和 ISO11519-2 标准对于数据链路层的定义相同，但物理层不同。

(1) 关于 ISO11898

ISO11898 是通信速度为 125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信标准。

目前， ISO11898 追加新规约后，成为 ISO11898-1 新标准。

(2) 关于 ISO11519

ISO11519 是通信速度为 125kbps 以下的 CAN 低速通信标准。

ISO11519-2 是 ISO11519-1 追加新规约后的版本。

(1) ISO11898（高速）

通信速度： 125K~1Mbps，最高1Mdps

总线最大长度：40m/1Mdps

连接单元数：最大30

双绞线（屏蔽 / 非屏蔽）

闭环总线

阻抗 (Z) ： 120 Ω (Min.85 Ω Max.130 Ω )

总线电阻率 (r) ： 70m Ω /m

总线延迟时间： 5ns/m

终端电阻： 120 Ω (Min.85 Ω Max.130 Ω )

驱动 IC ： HA13721RPJE(RENESAS)、PCA82C250(Philips) 、 Si9200(Siliconix) 、 CF15(Bosch)

(2) ISO11519-2（低速）

通信速度： 10k~125kbps，最高 125kbps

总线最大长度： 1km/40kbps

连接单元数：最大 20

双绞线（屏蔽 / 非屏蔽）

开环总线

阻抗 ( Ζ ) ： 120 Ω (Min.85 Ω Max.130 Ω )

总线电阻率 ( Γ ) ： 90m Ω /m

总线延迟时间： 5ns/m

终端电阻： 2.20k Ω (Min.2.09k Ω

Max.2.31k Ω )

CAN_L 与 GND 间静电容量 30pF/m

CAN_H 与 GND 间静电容量 30pF/m

CAN_L 与 GND 间静电容量 30pF/m

驱动 IC ： PCA82C252(Philips)、TJA1053(Philips) 、 SN65LBC032(Texas Instruments)

三、 CAN 协议标准规格

基于 CAN 的各种标准规格在面向汽车的通信协议分类

名称	波特率	规格	适用领域
SAE J1939-11	250k	双线式、屏蔽双绞线	卡车、大客车
SAE J1939-12	250k	双线式、屏蔽双绞线、 12V 供电	农用机械
SAE J2284	500k	双线式、双绞线（非屏蔽）	汽车（高速：动力、传动系统）
SAE J24111	33.3k 、 83.3k	单线式	汽车（低速：车身系统）
NMEA-2000	62.5k 、 125k 、 250k 、 500k 、 1M	双线式、屏蔽双绞线供电	船舶
DeviceNet	125k 、 250k 、 500k	双线式、屏蔽双绞线 24V 供电	工业设备
CANopen	10k 、 20k 、 50k 、 125k 、 250k 、 500k 、 800k 、 1M	双线式、双绞线可选（屏蔽、供电）	工业设备
SDS	125k 、 250k 、 500k 、 1M	双线式、屏蔽双绞线可选（供电）	工业设备