最新基于单片机的CAN总线通讯实现

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第一章前言

1.1 概述

控制器局域网（CAN－Controller Area Network）属于现场总线（Fieldbus）的范畴，是众多的属于现场总线标准之一，它适用于工业控制系统，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特点。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，以其短报文帧及CSMA/CD-AMP（带有信息优先权及冲突检测的载波监听多路访问）的MAC（媒介访问控制）方式而倍受工业自动化领域中设备互连的厚爱。CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，它可以应用于汽车系统、机械、技术设备和工业自动化里几乎任何类型的数据通信。

随着计算机硬件、软件及集成电路技术的迅速发展，同时消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用等的需求不断增加。高速、高可靠和低成本的通信介质的要求也随之提高。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，它为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

微处理器中常用的串行总线是通用异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C)和通用串行总线(USB)，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)等。这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。

在计算机数据传输领域内，长期以来使用的通信标准，尽管被广泛使用，但是无法在需要使用大量的传感器和控制器的复杂或大规模的环境中使用。控制器局部网CAN(CONTROLLER AERANETW0RK)就是为适应这种需要而发展起来的。随着汽车电子技术的发展，消费者对于汽车功能的要求越来越多，汽车上所用的电控单元不断增多，电控单元之间信息交换的需求，使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线，这就促进了车用总线技术的发展。CAN 总线的出现，就是为了减少不断增加的信号线，所有的外围器件都可以被连接到总线上由于CAN总线具有可靠性高、实时性好、成本合理等优点，逐渐被应用于如船舶、航天、工业测控、自动化、电力系统、楼宇监控等其他领域中。

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1.2 CAN总线的特点

80年代末，在汽车工业中，由于众多的控制设备与测试仪器之间需要进行大量数据交换，传统的总线无法满足需求，德国BOSCH公司提出了CAN 总线，这种新的串行数据通讯协议。CAN总线即控制器局域网总线，通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

CAN (Controller Area Network)属于现场总线的一种，在传统的工业控制领域中，大部分的通信采用RS232、RS485或RS422总线。相比之下，RS232、RS485或RS422总线有着通信距离近，通讯速度慢，抗干扰性能差等缺点。通讯一般采用主从方式，通过主站查询方式进行通讯，实时性、可靠性较差。当系统有错误，多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点。基于CAN 总线的分布式控制系统在很多方面具有明显的优越性。L而CAN 的电路结构简单，要求的线数较少，只需要两根线与外部器件互联，使得各控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源。达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复的效果。CAN 具有的完善的通信协议，并且可以通过CAN 控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。

CAN支持分布式控制或实时控制，工作于多主方式，网络上各个节点均可以在任一时刻主动发送信息，可以点对点，点对多点以及全局广播方式收发数据。网络中的各节点都可根据总线访问优先权，采用非破坏性总线总裁技术，通信速度快，可靠性高，可大大节省了总线仲裁冲突时间，在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪。CAN没有采用站地址编码，而是对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到数据，这使得CAN 总线的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。

它具有如下特点:

1)CAN 是到目前为止为数不多的有国际标准的现场总线，总线协议已被国际标

准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。

2)CAN总线没有采取传统的站地址编码，不对节点进行地址规定，而是把通信

数据块进行编码。这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限

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制，数据块的标识码可由1l位或29位二进制数组成。这种按数据块编码的方式，使用报文的标识符来指定报文的优先级以及报文的内容，高优先级的节点享有传送报文的优先权。还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短，从而保证了通信的实时性。

3)CAN 总线采用了多主竞争式总线结构，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或

光导纤维，可以多个主站运行并且分散仲裁。CAN总线上任意节点可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据，而且可以任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN 通讯距离最大是1O公里(设速率为5Kbps)，最大通信速率为1Mbit／s(设通信距离为4O米)。

4)CAN 采用非破坏性的总线仲裁技术，即载波侦听多路访问／冲突检测(CSMA

／CD)的总线仲裁方式，当多个节点同时发送数据时，优先级低的节点会主动停止发送，高优先级的节点可继续传输，节省总线仲裁时间。避免多个节点同时开始发送消息而造成总线冲突，保证优先级高的报文能够优先发送。

5)CAN总线协议采用了完善的错误检测与错误处理机制，包括了CRC校验、错

误报文自动重发、错误状态判断、临时错误自动恢复等措施，从而很好的保证了数据通信的可靠性。节点在错误严重的情况下，具有自动关黔

6)闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响。CAN 总

线采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作。具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点。可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文。可靠的错误处理和检错机制，发送的信息遭到破坏后，可自动重发，报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的通信，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

CAN总线通过CAN 控制器接口芯片的输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状

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态。CAN 总线的信号状态为2种，隐位与显位。当隐位与显位发送出现 …… 此处隐藏：13938字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……