CAN的硬件电路和硬件逻辑介绍

一、CAN总线简介

        CAN总线（Controller Area Network Bus）控制器局域网总线。

        仅使用两根线（CAN_H 、CAN_L）无需共地，是差分信号通信，抗干扰能力强。

        高速CAN（国际标准叫：ISO11898）: 125k ~ 1M bps , < 40m。

        低速CAN（国际标准叫：ISO11519）: 10k ~ 125k bps , < 1km。

        异步，无需时钟线，通信速率由设备各自约定。

        半双工，可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序。

        11位 / 29位报文ID ， 用于区分消息功能，同时决定优先级。

        可配置1~8字节的有效载荷。

        可实现广播式和请求式两种传输方式。

        应答、CRC校验、位填充、位同步、错误处理等特性。

二、CAN的硬件电路

        在每个设备上会有两根CAN_H 和 CAN_L连接CAN收发器，最后由CAN收发器的两根输出来连接到闭环或开环网络中。

a、高速CAN总线

        在高速CAN总线中两端添加了120Ω的终端电阻，他们主要是为了匹配阻抗，避免末端振荡。同时120Ω的电阻可以加速放电，让CAN快速回到隐形状态。

        也就是说，120Ω的电阻首先是匹配阻抗避免振铃现象的发生，同时他可以加速放电，让CAN快速回到隐形状态。回归速度差不多是10几ns。(注意：1s = 10 ^ 3ms = 10 ^ 6us =  10 ^ 9 ns)

b、CAN收发器

        CAN收发器主要是信号转换、增强驱动能力、抗干扰 和 故障博湖功能。

• 发送方向：

  将微控制器的单端逻辑信号（TX）转换为 CAN 总线的差分信号（CAN_H 和 CAN_L）。

• 接收方向：

  将 CAN 总线的差分信号（CAN_H 和 CAN_L）转换为微控制器的单端逻辑信号（RX）。

c、低速CAN总线

        低速CAN是一个开环网络，他的添加了两个2.2kΩ的终端电阻，但是电阻的左边一端实际上是悬空的，他虽然不起作用但是可以防止回波反射。

d、CAN的电平标准

        在高速CAN总线的时候，两线电压都大致为2.5V，电压差为0V的时候表示逻辑1(隐性电平)。

        CAN_H = 3.5V CAN_L = 1.5V ， 电压差为2V时表示逻辑0(显性电平)。

        在低速CAN总线的时候，CAN_L = 3.25V CAN_H = 1.75V，电压差-1.5V时为逻辑1(隐性)。

        CAN_H = 4V ， CNA_L = 1V , 电压差为3V时表示逻辑0(显性电平)。

        因为低速CAN总线可传输距离可达1KM，所以要考虑到压降，更大的差值有利于分清逻辑。

三、CAN收发器芯片TJA1050

        这个芯片框图中，左边部分是连接MCU的部分，右边是连接到CAN总线的部分，S是选择高速模式还是静默模式，Vref是输出的参考电压可以不用。那么只剩下 TXD、RXD 和 CANH 、CANL了。

        首先单片机通过TXD来输出，当TXD为1的时候，会走上面一路至DRIVER让上下两个场效应管都断开，即隐形电平 ，反过来如果TXD为0的时候，两个场效应管都道通，导致CANH到VCC而CANL到GND，即显性电平 。 同时还有200uA的电流源，类似上拉电阻，当TXD悬空时保持默认1的状态。同时还有TXD DOMINANT TIME-OUT TIMER(TXD显性超时计时器)，如果TXD老拉着电平为0，一段时间后收发器会自动释放总线，防止总线瘫痪。

        其次单片机通过CANH和CANL经过RECEIVER(比较器)来判断是否有电压差，有输出1否则为0，但经过了左边的两个场效应管会反向，即RECEIVER输出1，RXD接收到的是0。

四、CAN物理层特性

参考

CAN总线入门教程-全面细致 面包板教学 多机通信_哔哩哔哩_bilibili